JPH01172203A - 炭素膜 - Google Patents
炭素膜Info
- Publication number
- JPH01172203A JPH01172203A JP62330807A JP33080787A JPH01172203A JP H01172203 A JPH01172203 A JP H01172203A JP 62330807 A JP62330807 A JP 62330807A JP 33080787 A JP33080787 A JP 33080787A JP H01172203 A JPH01172203 A JP H01172203A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon film
- carbon
- film
- diamond
- raman spectrum
- Prior art date
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- Pending
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーテ
ィング法１等のＰＶＤ法や、各種ＣＶＤ法で合成された
従来の炭素膜とは異なる新しい炭素膜に関するものであ
る。
ィング法１等のＰＶＤ法や、各種ＣＶＤ法で合成された
従来の炭素膜とは異なる新しい炭素膜に関するものであ
る。
従来の技術
最近、硬度、熱伝導率、比抵抗、などの緒特性がダイヤ
モンドに近いダイヤモンド膜やダイヤモンド状炭素膜に
関する研究が数多く報告されている（鈴木他；昭和６２
年秋季応用物理学会講演論文集１８ｐ−Ｔ−６など）。
モンドに近いダイヤモンド膜やダイヤモンド状炭素膜に
関する研究が数多く報告されている（鈴木他；昭和６２
年秋季応用物理学会講演論文集１８ｐ−Ｔ−６など）。
ダイヤモンド膜の合成法については、比較的高い温度、
ガス圧力の条件で炭素、もしくは炭素の化合物を含む気
相と成長表面での十分な化学反応を利用して炭素の析出
を行わせるＣＶＤ法（熱分解法、熱フイラメント法、プ
ラズマ法等）や、より高真空で高速の炭素原子、イオン
あるいは炭化水素イオン等を、比較的低温の基板にぶつ
けるＰＶＤ法（イオンビーム法、イオン化蒸着法等）が
提案されている。
ガス圧力の条件で炭素、もしくは炭素の化合物を含む気
相と成長表面での十分な化学反応を利用して炭素の析出
を行わせるＣＶＤ法（熱分解法、熱フイラメント法、プ
ラズマ法等）や、より高真空で高速の炭素原子、イオン
あるいは炭化水素イオン等を、比較的低温の基板にぶつ
けるＰＶＤ法（イオンビーム法、イオン化蒸着法等）が
提案されている。
そしてこれら合成法を用いて結晶質から非晶質にわたる
数々の炭素膜が報告されている。炭素膜の評価は、エネ
ルギー損失分光分析、電子線回折などで行われているが
、炭素の同素体を明確に分離できることから特にラマン
分光分析が有効と考えられている。ダイヤモンドのラマ
ンスペクトルは１３３０ｃ＋ｗ−’近傍に鋭いピークを
示し、グラファイトでは１５８０ｃ＋ａ−’および１３
６０ｃｍ−’近傍にピークを示す（第２図参照）。
数々の炭素膜が報告されている。炭素膜の評価は、エネ
ルギー損失分光分析、電子線回折などで行われているが
、炭素の同素体を明確に分離できることから特にラマン
分光分析が有効と考えられている。ダイヤモンドのラマ
ンスペクトルは１３３０ｃ＋ｗ−’近傍に鋭いピークを
示し、グラファイトでは１５８０ｃ＋ａ−’および１３
６０ｃｍ−’近傍にピークを示す（第２図参照）。
上記合成法で合成された炭素膜のラマンスペクトルを調
べると、ダイヤモンドとほぼ同程度の緒特性を有する結
晶質の膜では第３図に示すようにブロードなピークのな
かに１３３０ｃｍ−’の鋭いピークが認められ、はぼダ
イヤモンドの多結晶膜と考えられる。膜の表面には微結
晶が集まった形態が観察され、ダイヤモンド薄膜と称さ
れている。
べると、ダイヤモンドとほぼ同程度の緒特性を有する結
晶質の膜では第３図に示すようにブロードなピークのな
かに１３３０ｃｍ−’の鋭いピークが認められ、はぼダ
イヤモンドの多結晶膜と考えられる。膜の表面には微結
晶が集まった形態が観察され、ダイヤモンド薄膜と称さ
れている。
またｉ−カーボンと称された比較的高硬度の非晶質膜で
は、１５２０〜１５８０ｃｍ−’に主ピークを持つブロ
ードなラマンスペクトルが観測される（第４図参照）。
は、１５２０〜１５８０ｃｍ−’に主ピークを持つブロ
ードなラマンスペクトルが観測される（第４図参照）。
ｉ−カーボン膜は非晶質硬質炭素膜。
あるいはダイヤモンド状炭素膜と称されることがある。
ｉ−カーボン膜の中にダイヤモンドの微結晶粒が散在す
るような場合は、ブロードなピークの中にダイヤモンド
の鋭いピークが存在するラマンスペクトルとなる。
るような場合は、ブロードなピークの中にダイヤモンド
の鋭いピークが存在するラマンスペクトルとなる。
発明が解決しようとする問題点
本発明は、各種合成法で作られたダイヤモンド薄膜、ｉ
−カーボン膜あるいはｉ−カーボンの中にダイヤモンド
微結晶が散在する膜、など従来から報告されている膜と
は全く異なったラマンスペクトルを示す新しい炭素膜を
提供するものである。
−カーボン膜あるいはｉ−カーボンの中にダイヤモンド
微結晶が散在する膜、など従来から報告されている膜と
は全く異なったラマンスペクトルを示す新しい炭素膜を
提供するものである。
問題点を解決するための手段
本発明に記載する新しい炭素膜は、アーク放電、もしく
はグロー放電にアーク放電を付加することにより実現さ
れる。
はグロー放電にアーク放電を付加することにより実現さ
れる。
作用
アーク放電を利用することで従来から報告されている膜
とは全く異なったラマンスペクトルを示す炭素膜が合成
されるメカニズムについては、まだよ（わかっていない
。本発明者は、アーク放電がグロー放電等に比べて局部
的ではあるが高温プラズマ状態となり、イオンや電子の
密度、ラジカル等中性粒子の密度が高くなることに原因
があると考えている。従ってアーク放電以外でも、例え
ば大気圧近傍でマイクロ波等を用いて熱プラズマを作り
これを利用すれば同様の膜を合成することが可能である
と考えている。
とは全く異なったラマンスペクトルを示す炭素膜が合成
されるメカニズムについては、まだよ（わかっていない
。本発明者は、アーク放電がグロー放電等に比べて局部
的ではあるが高温プラズマ状態となり、イオンや電子の
密度、ラジカル等中性粒子の密度が高くなることに原因
があると考えている。従ってアーク放電以外でも、例え
ば大気圧近傍でマイクロ波等を用いて熱プラズマを作り
これを利用すれば同様の膜を合成することが可能である
と考えている。
実施例
第１図に、本願の炭素膜を合成する際に使用した装置の
概略を示す。これはすでに本発明者らが提案しているプ
ラズマ・インジェクションＣＶＤ装置であり（特開昭６
１−１３０４８７号公報：プラズマ・インジェクション
ＣＶＤ装置）、プラズマ管１と基体１１を設置する真空
槽２から構成される。プラズマ管１の外周部には励起コ
イル３が設置され、管内にグロー放電を生じさせる。
概略を示す。これはすでに本発明者らが提案しているプ
ラズマ・インジェクションＣＶＤ装置であり（特開昭６
１−１３０４８７号公報：プラズマ・インジェクション
ＣＶＤ装置）、プラズマ管１と基体１１を設置する真空
槽２から構成される。プラズマ管１の外周部には励起コ
イル３が設置され、管内にグロー放電を生じさせる。
またプラズマ管１内には電極９が設置され、基体１１も
しくは基体設置台１２との間に電位が設定される。１０
Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気されたプラズマ管１の中に
ＡｒガスとＣＩ４ガスを導入する。
しくは基体設置台１２との間に電位が設定される。１０
Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気されたプラズマ管１の中に
ＡｒガスとＣＩ４ガスを導入する。
導入されたガスは励起コイル３に印加される高周波電力
によりプラズマ化される。この後電極９と基体１１もし
くは基体設置台１２との間に直流電源１０により電位差
を設定する。通常はこの電位差でプラズマ中のイオンが
加速されたり、電極９と基体１１との間でグロー放電が
生じる。プラズマ管内の圧力、電極９と基体１１間の電
位差、電極９と基体１１間の距離２等を適切に設定すれ
ば、電極９と基体１１との間でアーク放電が生じる。例
えば電極９と基体１１間の距離が１５ｃｍ。
によりプラズマ化される。この後電極９と基体１１もし
くは基体設置台１２との間に直流電源１０により電位差
を設定する。通常はこの電位差でプラズマ中のイオンが
加速されたり、電極９と基体１１との間でグロー放電が
生じる。プラズマ管内の圧力、電極９と基体１１間の電
位差、電極９と基体１１間の距離２等を適切に設定すれ
ば、電極９と基体１１との間でアーク放電が生じる。例
えば電極９と基体１１間の距離が１５ｃｍ。
プラズマ管１中のガス圧力が０，３Ｔｏｒｒ （導入ガ
スはＡｒガスとＣＨ４ガス）、基体の比抵抗が約０．１
ΩＣＳの場合、電極９と基体１１間の電位差が０．８
ｋＶ近傍でアーク放電が発生する。このアーク放電を利
用して基体１１表面に膜を合成する。使用する原料ガス
はＣＨａガスに限るものではな（炭化水素ガスであれば
いずれのガスでもかまわない。また使用する装置もＰＩ
−ＣＶＤ装置に限るものでな（、例えば平行平板型のス
パッタリング装置のようにアーク放電が生じるものであ
れはいずれの構成のものでもかまわない。
スはＡｒガスとＣＨ４ガス）、基体の比抵抗が約０．１
ΩＣＳの場合、電極９と基体１１間の電位差が０．８
ｋＶ近傍でアーク放電が発生する。このアーク放電を利
用して基体１１表面に膜を合成する。使用する原料ガス
はＣＨａガスに限るものではな（炭化水素ガスであれば
いずれのガスでもかまわない。また使用する装置もＰＩ
−ＣＶＤ装置に限るものでな（、例えば平行平板型のス
パッタリング装置のようにアーク放電が生じるものであ
れはいずれの構成のものでもかまわない。
この方法で合成した膜（以後アーク放電膜と略称する）
のラマンスペクトルを第５図に示す。第５図かられかる
ように、アーク放電を利用して合成した膜のラマンスペ
クトルは１４１０及び１４５Ｑｃｍ−’にブロードな主
ピークを示すもので、従米からよ（知られているダイヤ
モンド、グラファイト、ｉ−カーボン、あるいは無定形
炭素のラマンスペクトルとは全く異なる。天然ダイヤモ
ンドの表面に高エネルギーのＡｒイオン（１００Ｋｅｖ
以上）を衝突させ、その後ラマンスペクトルを測定する
と、ダイヤモンド結晶の１３３０ｃｍ−’にではなく１
３７０．１４１０，１４５０ｃ「１にご（弱いピークが
認められた。これは高エネルギーのＡｒイオンにより表
面のダイヤモンドの結晶性が乱されたためと考えられ、
これと同じピークを主とするアーク放電膜は乱れたダイ
ヤモンドと同じ構造の膜と推定される。アーク放電膜を
電子線回折及び透過電子顕微鏡で分析すると、結晶性は
認められず非晶質であることがわかった。またエネルギ
ー損失分光分析（ＥＬＬＳ）によると（第７図参照）５
〜８ｅｖのπ電子によるプラズモンピークは認められず
、グラファイト的な構造はあまり含まれていないと考え
られる。
のラマンスペクトルを第５図に示す。第５図かられかる
ように、アーク放電を利用して合成した膜のラマンスペ
クトルは１４１０及び１４５Ｑｃｍ−’にブロードな主
ピークを示すもので、従米からよ（知られているダイヤ
モンド、グラファイト、ｉ−カーボン、あるいは無定形
炭素のラマンスペクトルとは全く異なる。天然ダイヤモ
ンドの表面に高エネルギーのＡｒイオン（１００Ｋｅｖ
以上）を衝突させ、その後ラマンスペクトルを測定する
と、ダイヤモンド結晶の１３３０ｃｍ−’にではなく１
３７０．１４１０，１４５０ｃ「１にご（弱いピークが
認められた。これは高エネルギーのＡｒイオンにより表
面のダイヤモンドの結晶性が乱されたためと考えられ、
これと同じピークを主とするアーク放電膜は乱れたダイ
ヤモンドと同じ構造の膜と推定される。アーク放電膜を
電子線回折及び透過電子顕微鏡で分析すると、結晶性は
認められず非晶質であることがわかった。またエネルギ
ー損失分光分析（ＥＬＬＳ）によると（第７図参照）５
〜８ｅｖのπ電子によるプラズモンピークは認められず
、グラファイト的な構造はあまり含まれていないと考え
られる。
以上のことから、アーク放電膜はグラファイト的な構造
はあまり含まず乱れたダイヤモンドと同じ構造を主とす
る非晶質膜で、１４１０．１４５００「１にブロードな
ピークを持つラマンスペクトルを示し、従来から報告さ
れている膜とは異なる新しい炭素膜といえる。
はあまり含まず乱れたダイヤモンドと同じ構造を主とす
る非晶質膜で、１４１０．１４５００「１にブロードな
ピークを持つラマンスペクトルを示し、従来から報告さ
れている膜とは異なる新しい炭素膜といえる。
アーク放電膜の特徴は非常に硬（、ダイヤモンドチップ
を備えたガラスカッターでのみ傷をつけることができた
。またアーク放電膜は絶縁性を示し、ＩＱＩＯΩＣ１以
上の比抵抗を有する。膜の付着性は良好で、特にＳｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ基体に対しては極めて強い付着性を示す。Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ等一部の基体に対しては付着性が不十分
であるが、この場合良好な付着性を示すＳｉ等の中間層
を設定することで対処できる。
を備えたガラスカッターでのみ傷をつけることができた
。またアーク放電膜は絶縁性を示し、ＩＱＩＯΩＣ１以
上の比抵抗を有する。膜の付着性は良好で、特にＳｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ基体に対しては極めて強い付着性を示す。Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ等一部の基体に対しては付着性が不十分
であるが、この場合良好な付着性を示すＳｉ等の中間層
を設定することで対処できる。
以上のような特性を生かし、工具の耐摩耗膜等耐久性、
耐摩耗性が必要な用途への応用展開が期待できる。
耐摩耗性が必要な用途への応用展開が期待できる。
発明の効果
本発明は、グラファイト的な構造はあまり含まず乱れた
ダイヤモンドと同じ構造を主とする非晶質構造で、従来
から報告されているものとは異なる炭素膜を提供するす
るもので、硬度、絶縁性等の優れた緒特性を生かした広
い応用展開が可能となり、その効果は大きい。
ダイヤモンドと同じ構造を主とする非晶質構造で、従来
から報告されているものとは異なる炭素膜を提供するす
るもので、硬度、絶縁性等の優れた緒特性を生かした広
い応用展開が可能となり、その効果は大きい。
第１図は本発明を実施する際に使用した装置の構成図、
第２図はダイヤモンド及びグラファイトのラマンスペク
トル図、第３図、第４図はそれぞれダイヤモンド膜及び
ｉ−カーボン膜のラマンスペクトル図、第５図は本発明
に記載した炭素膜のラマンスペクトル図、第６図は、表
面をＡｒイオンで衝撃する前後のダイヤモンドのラマン
スペクトル図、第７図は、ダイヤモンド、グラファイト
、及び本発明に記載した炭素膜のラマンスペクトル図で
ある。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第ｍｒｌＩ
Ｊ 第２図 ；・ 友 救 （の勺 第３図 ２之 壇タ （Ｃ□−り 第４図 理数（Ｃ用１］ 第５図 ！二・°°・１： １１．−°。 ０１６．、、、：、、：二 ：；；、′：Ｅ・、−゛。 ／π０ ／、！；ｌ）０ ／、３％ス敷（ｃｍ”） 第６図 ↓ノ３４０ ／、ｆｌ）０ １４７）０ ／、３００
刃文 ａ （ｃｍ−リ
第２図はダイヤモンド及びグラファイトのラマンスペク
トル図、第３図、第４図はそれぞれダイヤモンド膜及び
ｉ−カーボン膜のラマンスペクトル図、第５図は本発明
に記載した炭素膜のラマンスペクトル図、第６図は、表
面をＡｒイオンで衝撃する前後のダイヤモンドのラマン
スペクトル図、第７図は、ダイヤモンド、グラファイト
、及び本発明に記載した炭素膜のラマンスペクトル図で
ある。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第ｍｒｌＩ
Ｊ 第２図 ；・ 友 救 （の勺 第３図 ２之 壇タ （Ｃ□−り 第４図 理数（Ｃ用１］ 第５図 ！二・°°・１： １１．−°。 ０１６．、、、：、、：二 ：；；、′：Ｅ・、−゛。 ／π０ ／、！；ｌ）０ ／、３％ス敷（ｃｍ”） 第６図 ↓ノ３４０ ／、ｆｌ）０ １４７）０ ／、３００
刃文 ａ （ｃｍ−リ
Claims (5)
- （１）１４１０ｃｍ＾−＾１、および１４５０ｃｍ＾−
＾１を主ピークとしたラマンスペクトルを示す炭素膜。 - （２）炭素膜がアーク放電を利用して合成された特許請
求の範囲第１項記載の炭素膜。 - （３）炭素膜がアーク放電とグロー放電を併用して合成
された特許請求の範囲第１項記載の炭素膜。 - （４）炭素膜が熱プラズマを利用して合成された特許請
求の範囲第１項記載の炭素膜。 - （５）炭素膜が非晶質である特許請求の範囲第１項記載
の炭素膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330807A JPH01172203A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 炭素膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330807A JPH01172203A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 炭素膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01172203A true JPH01172203A (ja) | 1989-07-07 |
Family
ID=18236772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62330807A Pending JPH01172203A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 炭素膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01172203A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6669996B2 (en) | 2000-07-06 | 2003-12-30 | University Of Louisville | Method of synthesizing metal doped diamond-like carbon films |
| KR100422244B1 (ko) * | 1997-08-13 | 2004-03-10 | 나노-프로프리어터리, 인크. | 전계 방출 소자용 탄소 필름 |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62330807A patent/JPH01172203A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100422244B1 (ko) * | 1997-08-13 | 2004-03-10 | 나노-프로프리어터리, 인크. | 전계 방출 소자용 탄소 필름 |
| US6669996B2 (en) | 2000-07-06 | 2003-12-30 | University Of Louisville | Method of synthesizing metal doped diamond-like carbon films |
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