JPS627262B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS627262B2 JPS627262B2 JP56153946A JP15394681A JPS627262B2 JP S627262 B2 JPS627262 B2 JP S627262B2 JP 56153946 A JP56153946 A JP 56153946A JP 15394681 A JP15394681 A JP 15394681A JP S627262 B2 JPS627262 B2 JP S627262B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- diamond
- carbon
- ion
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0605—Carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭素を母材とした真空蒸着またはス
パツタ蒸着を行うと同時に、水素ガスまたは炭化
水素ガスをイオン種としたイオン流を照射するこ
とによるダイヤモンド状炭素膜の作成方法に関す
るものである。
パツタ蒸着を行うと同時に、水素ガスまたは炭化
水素ガスをイオン種としたイオン流を照射するこ
とによるダイヤモンド状炭素膜の作成方法に関す
るものである。
従来炭素膜は、グラフアイト電極の通電加熱あ
るいは炭素粉末の塗布により作成されてきたが、
この方法は制御性に乏しく、かつ作成される膜は
黒色不透明で軟かく、又基板との密着性の劣るも
のであつた。また、より簡便で制御性に優れた方
法として、母材にグラフアイトまたはダイヤモン
ドを用い、これにイオンビームまたはレーザビー
ムないし電子ビームを照射し、スパツタまたは蒸
着により炭素膜を作成する方法がある。この方法
で、さらに同時に基板上に荷電粒子を照射するこ
とにより、硬く透明で電気抵抗の高い膜を形成す
る方法が提案されてきた（特願昭55−180504
号）。これらの方法で得られる膜は、ダイヤモン
ド部分とグラフアイト部分の混在した炭素膜であ
る。一般に炭素膜ではダイヤモンド部分の多いほ
ど膜は硬く透明で、電気抵抗が高くなるとされて
いる。しかし、膜をダイヤモンド部分でのみ構成
することは非常に難しく、グラフアイト部分がか
なりの割合で存在するため、膜質が劣化し、透明
性および電気抵抗が減少するという欠点があつ
た。
るいは炭素粉末の塗布により作成されてきたが、
この方法は制御性に乏しく、かつ作成される膜は
黒色不透明で軟かく、又基板との密着性の劣るも
のであつた。また、より簡便で制御性に優れた方
法として、母材にグラフアイトまたはダイヤモン
ドを用い、これにイオンビームまたはレーザビー
ムないし電子ビームを照射し、スパツタまたは蒸
着により炭素膜を作成する方法がある。この方法
で、さらに同時に基板上に荷電粒子を照射するこ
とにより、硬く透明で電気抵抗の高い膜を形成す
る方法が提案されてきた（特願昭55−180504
号）。これらの方法で得られる膜は、ダイヤモン
ド部分とグラフアイト部分の混在した炭素膜であ
る。一般に炭素膜ではダイヤモンド部分の多いほ
ど膜は硬く透明で、電気抵抗が高くなるとされて
いる。しかし、膜をダイヤモンド部分でのみ構成
することは非常に難しく、グラフアイト部分がか
なりの割合で存在するため、膜質が劣化し、透明
性および電気抵抗が減少するという欠点があつ
た。
本発明は、炭素膜中のグラフアイト部分を選択
的に除去して、ダイヤモンド部分の割合の多い炭
素膜の作成方法を提供しようとするものである。
ここでは荷電粒子として、水素ガスあるいはメタ
ンなどの炭化水素ガスから得られるイオン流を使
用し、これを基板上に照射して、形成される薄膜
のダイヤモンド化を促進せしめるものである。水
素原子は、グラフアイトとの反応性が強いのに対
し、ダイヤモンドとの反応性が弱いことが知られ
ている。1000℃、50気圧の水素雰囲気の下では、
グラフアイトは、その99.9％が除去されるのに対
し、ダイヤモンドは、0.02％しか除去されない。
この水素原子をイオン化することにより反応性を
高めて基板上に照射すれば、炭素膜中のグラフア
イト部分のみ選択的に除去され、ダイヤモンド部
分の圧倒的に多い膜が形成される。
的に除去して、ダイヤモンド部分の割合の多い炭
素膜の作成方法を提供しようとするものである。
ここでは荷電粒子として、水素ガスあるいはメタ
ンなどの炭化水素ガスから得られるイオン流を使
用し、これを基板上に照射して、形成される薄膜
のダイヤモンド化を促進せしめるものである。水
素原子は、グラフアイトとの反応性が強いのに対
し、ダイヤモンドとの反応性が弱いことが知られ
ている。1000℃、50気圧の水素雰囲気の下では、
グラフアイトは、その99.9％が除去されるのに対
し、ダイヤモンドは、0.02％しか除去されない。
この水素原子をイオン化することにより反応性を
高めて基板上に照射すれば、炭素膜中のグラフア
イト部分のみ選択的に除去され、ダイヤモンド部
分の圧倒的に多い膜が形成される。
以下、図面について本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明で用いる装置の概要を示したもの
であり、１は真空容器、２は炭素母材をスパツタ
するためのイオン源、３はイオンビーム、４は母
材の炭素（たとえばグラフアイト板）、５は蒸着
基板、６は蒸着基板上に同時にイオンを照射する
ためのイオン銃、７はイオン流（たとえば水素イ
オン流）、８は蒸着基板上に形成される炭素膜で
ある。これを動作するには、まず真空容器１の内
部を高真空に排気した後、イオン源２にアルゴン
ガスなどの不活性ガスを導入し、放電によりイオ
ンを生成せしめ、５〜10KV程度に加速してイオ
ンビーム３を引き出し、炭素母材４に照射する。
イオンの衝撃をうけた母材の炭素原子はスパツタ
され、基板５上に堆積し、膜を形成する。第２図
は作成した膜の電子回折パターンから得られるｄ
−スペーシングを示した図である。線の位置は回
折リングの径から得られるｄ−スペーシング、線
の太さは回折リングの強度を示す。またａはイオ
ンビームスパツタ蒸着のみで作成した膜、ｂはイ
オンビームスパツタ蒸着に水素イオンの同時照射
を加えて作成した膜に対するものである。この方
法で得られる膜について、電子回折により結晶性
の評価をすると、その回折パターンから第２図ａ
に示すような結果が得られる。（この図で線の位
置は回折リングから求まるｄ−スペーシング、線
の太さは回折リングの強度を示す。）ここでｄ−
スペーシング2.07および1.17Åはグラフアイト結
合とダイヤモンド結合の混在した非晶質炭素膜に
特有のものである。次に、上記のイオンビームス
パツタと同時に、イオン銃６に水素ガスを導入し
てイオン化し、数十から数百Ｖに加速したイオン
流７を蒸着基板５上に照射する。この活性化され
た水素イオンは、基板上で堆積しつつある炭素膜
中のグラフアイト部分と反応し、炭化水素ガスと
なり脱離する。しかるに、ダイヤモンド部分は水
素とほとんど反応しないため、膜中に残存する。
したがつて、結果的に基板上に形成される膜はダ
イヤモンド部分が圧倒的に多いものであり、膜硬
度、透明性、電気抵抗、いずれも増加し、結晶性
の面でも、第２図ｂに示すようにｄ−スペーシン
グ2.08、1.28、および1.07Åと、ダイヤモンド多
結晶と同定可能の電子回折パターンが観察され
る。また、イオン銃６に導入するガスとして水素
ガスのかわりに炭化水素ガスを用いた場合、メタ
ン、エタン、プロパンなどの気体から得られるイ
オンは多量の水素イオンを含んでいることが質量
分析により確認されており、これらのイオンを基
板に照射することによつても、やはりダイヤモン
ド部分の多い膜が形成される。さらに、イオン銃
６に水素と炭化水素の混合ガスを導入してイオン
化する場合でもその効果は同様である。
第１図は本発明で用いる装置の概要を示したもの
であり、１は真空容器、２は炭素母材をスパツタ
するためのイオン源、３はイオンビーム、４は母
材の炭素（たとえばグラフアイト板）、５は蒸着
基板、６は蒸着基板上に同時にイオンを照射する
ためのイオン銃、７はイオン流（たとえば水素イ
オン流）、８は蒸着基板上に形成される炭素膜で
ある。これを動作するには、まず真空容器１の内
部を高真空に排気した後、イオン源２にアルゴン
ガスなどの不活性ガスを導入し、放電によりイオ
ンを生成せしめ、５〜10KV程度に加速してイオ
ンビーム３を引き出し、炭素母材４に照射する。
イオンの衝撃をうけた母材の炭素原子はスパツタ
され、基板５上に堆積し、膜を形成する。第２図
は作成した膜の電子回折パターンから得られるｄ
−スペーシングを示した図である。線の位置は回
折リングの径から得られるｄ−スペーシング、線
の太さは回折リングの強度を示す。またａはイオ
ンビームスパツタ蒸着のみで作成した膜、ｂはイ
オンビームスパツタ蒸着に水素イオンの同時照射
を加えて作成した膜に対するものである。この方
法で得られる膜について、電子回折により結晶性
の評価をすると、その回折パターンから第２図ａ
に示すような結果が得られる。（この図で線の位
置は回折リングから求まるｄ−スペーシング、線
の太さは回折リングの強度を示す。）ここでｄ−
スペーシング2.07および1.17Åはグラフアイト結
合とダイヤモンド結合の混在した非晶質炭素膜に
特有のものである。次に、上記のイオンビームス
パツタと同時に、イオン銃６に水素ガスを導入し
てイオン化し、数十から数百Ｖに加速したイオン
流７を蒸着基板５上に照射する。この活性化され
た水素イオンは、基板上で堆積しつつある炭素膜
中のグラフアイト部分と反応し、炭化水素ガスと
なり脱離する。しかるに、ダイヤモンド部分は水
素とほとんど反応しないため、膜中に残存する。
したがつて、結果的に基板上に形成される膜はダ
イヤモンド部分が圧倒的に多いものであり、膜硬
度、透明性、電気抵抗、いずれも増加し、結晶性
の面でも、第２図ｂに示すようにｄ−スペーシン
グ2.08、1.28、および1.07Åと、ダイヤモンド多
結晶と同定可能の電子回折パターンが観察され
る。また、イオン銃６に導入するガスとして水素
ガスのかわりに炭化水素ガスを用いた場合、メタ
ン、エタン、プロパンなどの気体から得られるイ
オンは多量の水素イオンを含んでいることが質量
分析により確認されており、これらのイオンを基
板に照射することによつても、やはりダイヤモン
ド部分の多い膜が形成される。さらに、イオン銃
６に水素と炭化水素の混合ガスを導入してイオン
化する場合でもその効果は同様である。
ここでは炭素母材を蒸発させる方法としてイオ
ンビームスパツタ法について説明したが、レーザ
加熱、電子線加熱によつてもよいのはもちろんで
ある。
ンビームスパツタ法について説明したが、レーザ
加熱、電子線加熱によつてもよいのはもちろんで
ある。
以上説明したように、本発明は、従来の技術で
は不可能であつたダイヤモンド状炭素膜を作成す
ることを可能とするものであり、その応用価値は
すこぶる高いものがある。また本発明の方法によ
れば、透明で硬く、電気抵抗の高く、緻密な炭素
膜が制御性良く作成されるため、電子素子材料と
しての用途が広く期待できるという利点がある。
は不可能であつたダイヤモンド状炭素膜を作成す
ることを可能とするものであり、その応用価値は
すこぶる高いものがある。また本発明の方法によ
れば、透明で硬く、電気抵抗の高く、緻密な炭素
膜が制御性良く作成されるため、電子素子材料と
しての用途が広く期待できるという利点がある。
第１図は本発明に用いる装置の概要図、第２図
は作成した膜の電子回折パターンから得られるｄ
−スペーシングを示した図である。 １……真空容器、２……イオン源、３……イオ
ンビーム、４……母材、５……蒸着基板、６……
基板に水素イオンを同時照射するためのイオン
銃、７……イオン流、８……炭素膜。
は作成した膜の電子回折パターンから得られるｄ
−スペーシングを示した図である。 １……真空容器、２……イオン源、３……イオ
ンビーム、４……母材、５……蒸着基板、６……
基板に水素イオンを同時照射するためのイオン
銃、７……イオン流、８……炭素膜。
Claims (1)
- １ 基板上に炭素膜をイオンビームスパツタ法ま
たはレーザ加熱法もしくは電子線加熱法により付
着させると同時に、数十から数百ボルトに加速し
た水素イオン流を前記炭素膜に照射することを特
徴とするダイヤモンド状炭素膜の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56153946A JPS5855319A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | ダイヤモンド状炭素膜の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56153946A JPS5855319A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | ダイヤモンド状炭素膜の作成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5855319A JPS5855319A (ja) | 1983-04-01 |
| JPS627262B2 true JPS627262B2 (ja) | 1987-02-16 |
Family
ID=15573529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56153946A Granted JPS5855319A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | ダイヤモンド状炭素膜の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5855319A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60195094A (ja) * | 1984-03-15 | 1985-10-03 | Agency Of Ind Science & Technol | ダイヤモンド薄膜の製造方法 |
| JPH0666259B2 (ja) * | 1984-03-27 | 1994-08-24 | 松下電器産業株式会社 | 硬質炭素被覆膜の製造方法 |
| JPH0679963B2 (ja) * | 1985-03-25 | 1994-10-12 | 並木精密宝石株式会社 | ダイヤモンドライクカ−ボンの製造方法 |
| US4981568A (en) * | 1988-09-20 | 1991-01-01 | International Business Machines Corp. | Apparatus and method for producing high purity diamond films at low temperatures |
| US4961958A (en) * | 1989-06-30 | 1990-10-09 | The Regents Of The Univ. Of Calif. | Process for making diamond, and doped diamond films at low temperature |
-
1981
- 1981-09-30 JP JP56153946A patent/JPS5855319A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5855319A (ja) | 1983-04-01 |
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