反應磁控濺射法製備納米二硫化鎢薄膜

二硫化鎢是一種優秀的固體潤滑材料，在超固體潤滑領域具有極高的應用價值，尤其是其在航空航太工業中的作用，在同樣的條件下，二硫化鎢具有比石墨和二硫化鉬更強的潤滑作用，在提高性能及壽命方面具有很強的應用空間。

二硫化鎢薄膜材料由於具有層狀結構，且具有較低的硬度和較好的高溫穩定性，很適合作為特殊環境下摩擦部件的固體潤滑劑。目前國內最主要的製備方法有射頻濺射法、反應磁控濺射和化學沉積法三種。

反應磁控濺射法是採用高能的惰性氣體和硫化氫混合氣體離子轟擊純鎢靶，濺射出的原子與硫化氫氣體裂解出的硫離子發生反應後沉積在基體上形成薄膜。與射頻濺射法一樣，反應磁控濺射也是目前最常用的獲得 WS₂ 薄膜的方法之一。

採用反應磁控濺射法在石英基片上製備WS2薄膜。採用的是純度為99.95% 的鎢靶，基片與靶材相距10 cm，本底真空為4× 10^-4 Pa，充入氬氣，工作壓力為 1～ 6Pa，濺射功率 100w。通過此方法可獲得具有基面取向的 WS₂ 薄膜。

反應磁控濺射法的工作機理是，低能離子碰撞靶表面時，不能從固體表面直接把原子濺射出來，而是把動量轉移給被碰撞的原子，引起晶格點陣上原子的連鎖式碰撞，這種碰撞將沿著晶體點陣的各個方向進行，同時碰撞在原子最緊密排列的方向最有效，結果晶體表面的原子從近鄰原子那裡得到愈來愈大的能量，如果這一能量大於原子的結合能，則原子就會被濺射出來。與加入到惰性工作氣體中的活性氣體離子發生反應生成化合物顆粒，從而形成與靶材成分不同的化合物薄膜。

反應磁控濺射所用的靶材料單元素靶或多元素靶和反應氣體等很容易獲得高的純度,因而有利於製備高純度的化合物薄膜。並且，在反應磁控濺射沉積過程中,基板溫度一般不會太高。而且成膜過程通常也並不要求對基板進行很高溫度的加熱,因此對基板材料的限制較少。反應磁控濺射適於製備大面積均勻薄膜,並能實現單機年產值上百萬平方米鍍膜的工業化生產。