La掺杂对Y2O3/Diamond薄膜结构与性能的影响

稀土掺杂可以有效地改变基体材料的结构并提高使用性能。利用磁控溅射法在单晶硅和多晶CVD金刚石上分别制备了未掺杂及La掺杂的Y2O3薄膜,研究了La掺杂氧化钇(Y2O3)增透薄膜的组成、结构及性能。X射线光电子能谱(XPS)和掠入射X射线(GIXRD)研究表明,金属La与O相互作用,以La-O化合物形式存在于Y2O3薄膜中,未掺杂的Y2O3薄膜呈现立方(222)面柱状晶体取向,随着La掺杂功率的增加,开始出现新的单斜Y2O3相(111)晶面。从扫描电镜(SEM)观察到不同La掺杂功率下Y2O3薄膜呈现柱状晶结构,结晶质量较好。由原子力显微镜(AFM)证实,与未掺杂的Y2O3薄膜相比,La掺杂的Y2O3薄膜具有较低的粗糙度(RMS)值。在La掺杂的Y2O3薄膜中,随着La浓度的增加,柱状晶的晶粒尺寸显著减小。在8~12 μm的长波红外范围内,La掺杂后的Y2O3/金刚石薄膜最大透过率为80.3%,与CVD金刚石相比,透过率提高19.8%。颗粒细小的La掺杂Y2O3薄膜具有较高的硬度和弹性模量,硬度由未掺杂(12.02±0.37) GPa增加到(14.14±0.39) GPa,弹性模量由(187±14) GPa 增加到(198±7.5) GPa。结果表明,与未掺杂Y2O3薄膜相比,La掺杂的Y2O3薄膜在保持较高红外透过率条件下,通过细晶强化获得了更高的硬度,有利于提升砂蚀、雨蚀等冲刷性能。