CN102953043A - 类金刚石膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种类金刚石(DLC)膜及其制备方法。本发明的类金刚石膜包括至少一碳数为2以上的碳化合物，该类金刚石膜所组成的原子中所含碳原子的比例为50％以上，且该类金刚石膜中的碳原子与碳原子、碳原子与氢原子、或碳原子与卤素原子之间的键结(例如：C-C、C-H、C-F或C-Cl键结)为饱和键结(即：饱和单键)的比例为80％以上。
Description
技术领域
本发明是关于一种类金刚石(DLC，diamond-like carbon)膜及其制备方法，尤其指一种碳原子与碳原子、碳原子与氢原子、或碳原子与卤素原子之间的键结为饱和键结的比例是80％以上的类金刚石膜及其制备方法。
背景技术
类金刚石膜，亦称为类钻碳(DLC，Diamond Like Carbon)，其内含石墨键(sp2)以及钻石键(sp3)，大部份的碳原子具有四面体的钻石键(sp3)，这种钻石键为单键，而与其相邻的原子所提供的单电子形成共价键(CovalentBond)。由于共价键的键能很大(＞4ev)，故其透光度很高。若共价键为碳-碳(C-C)单键其能隙更可达5.45ev，因此不会吸收电磁波，可让各种波长透过，例如红外线、可见光及波长短至约200nm的紫外线。
DLC可沉积在陶瓷(如，玻璃)、金属(如，铜铁)、半导体(如，III-V及II-VI族半导体)或塑料(如，聚碳酸酯(PC))上。所以用途很多，例如可用于红外线窗口、切削刀具、附刮护镜、耐酸镀膜、斥水界面等。由于DLC的主成份为碳(C)，若欲披覆在不易形成碳化物的基材上(如，玻璃)，或可溶碳的基材上(如，铜铁)，常需先于基材上披露一薄层可形成碳化物的元素(如，硅、钛、钨等)，这样才可增加DLC在基材上表面的附着力。
例如，若欲于玻璃表面形成DLC，由于玻璃内含多量硅(Si)，因此可先于玻璃表面形成含硅的化合物(如，分解三甲基硅烷(Trimethyl Silane)所形成的碳化硅)，再镀DLC。
又例如，若欲于铜铁表面形成DLC时，由于铜铁会溶碳并催化钻石成石墨，因此如高速钢的铜铁刀片于披覆DLC的前，可先披覆一薄层钛，使增加DLC在基材上表面的附着力。
此外，若欲于塑料表面形成DLC时，由于塑料较软，而且热膨胀率甚大，坚硬且热膨胀率甚低的DLC很容易自塑料表面剥离。因此，DLC内通常要加入大量的氢原子使其成份接近塑料，这样DLC就比较容易附着在塑料上。事实上，塑料是以碳为骨架的材料，塑料内含有甚多的钻石键。但塑料内的钻石键被氢、氮、或氧等原子隔离才使塑料的分子之间分开。这样塑料才变软而具有可塑性。
制作类金刚石膜的方法上，一般DLC的碳原料或前趋物(Precursor)可为固体(如，石墨)，液体(如，酒精)或气体(如，甲烷、乙炔)。为了披覆在基材上，DLC的镀膜方法常使用不发生化学反应的物理法，即所谓的物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)。物理气相沉积通常在真空下进行。碳原子先以能量拆散，再沉积在基材上。由于能量集中在碳原料上，所以基材的温度可以保持较低(如＜200℃)，这样就不致改变基材的性质。能量加在碳原料的方法有多种，包括加热的蒸镀(Evaporation Coating)、离子撞击的溅镀(Sputtering)、或形成离子的离子镀(Ion Plating)，其是将石墨气化成碳离子电弧，再加速撞击到基材的镀膜方法(Arc Deposition)。
虽然DLC的披覆方法及应用多已公知，但通常使用甲烷、乙炔、或石墨等前趋物所制得的DLC内含有较高含量的导电石墨键，以致其绝缘性及透光度都不足。例如，镀在电路板的铝基材上时，会由于绝缘性不佳而漏电；又如，镀在眼镜上会由于透光度不佳而使镜片变暗。此外，具有石墨键的DLC也较软而且容易氧化，所以容易剥落或变质。
因此，本领域亟需一种绝缘性佳、透光度高、质地较坚硬、且不轻易氧化的DLC。使可应用于各处，达到保护、绝缘、透光等效果，以加惠世人。
发明内容
本发明的目的在于提供一种类金刚石膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的类金刚石膜，该类金刚石膜包括至少一碳数为2以上的碳化合物，该类金刚石膜所组成的原子中所含碳原子的比例为50％以上，且该类金刚石膜中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜中原子之间的键结是选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是由一前趋物(precursor)形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是由一前趋物形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结为饱和键结的比例为90％以上。
所述的类金刚石膜，其中，该前趋物是选自由：碳数为2以上的烷类、金刚烷、纳米钻石、微米钻石及其混合物所组成的群组。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜包括一卤素的有机化合物或硅化合物。
所述的类金刚石膜，其中，该卤素的有机化合物是选自由：氟的有机化合物、氯的有机化合物、溴的有机化合物、碘的有机化合物及其混合所组成的群组。
所述的类金刚石膜，其中，该氟的有机化合物为聚四氟乙烯。
所述的类金刚石膜，其中，该卤素原子或硅原子于该类金刚石膜中所占的原子比例为5％-30％。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的电阻率为104Ωcm以上。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的维氏硬度为900-4000kg/mm2。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的蓝光穿透率为80％以上。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是覆于一基材的表面。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是用于使该基材的表面水-接触角(contact angle)上升。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的厚度为10nm-10um。
所述的类金刚石膜，其中，该基材是选自由：一电路板、一发光二极管的外延层、一集成电路、一电极、一硬盘、一磁盘、一光盘、一玻璃基板、一金属基板、一模具、一液晶显示器面板、一陶瓷基板、一高分子基板以及一触控面板所组成的群组。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜为图案化的类金刚石膜。
所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜与该基材之间包括一中间层。
所述的类金刚石膜，其中，该中间层是选自由：碳、氢、硅及其混合所组成的群组。(例如，可为碳化硅，可提升DLC与基材间的结合性)。
所述的类金刚石膜，其中，该硅原子于该中间层中所占的原子比例为5％-40％。
本发明提供的类金刚石膜的形成方法，该方法包括步骤：
A)提供一前趋物并将其导入至一真空腔体中，该前趋物包括至少一碳数为2以上的碳化合物，且该碳化合物中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上；以及
B)使用该前趋物，以物理气相沉积或化学气相沉积的方式于一基材的表面形成该类金刚石膜。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)中，该碳化合物中原子之间的键结为饱和键结的比例为90％以上。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)中，该碳化合物中原子之间的键结是选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)之前包括一步骤A0)：提供氢气，以该氢气处理该前趋物。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该前趋物为固体、液体、气体或其混合物。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该前趋物是选自由：碳数为2以上的烷类、金刚烷(adamantane)、纳米钻石、微米钻石及其混合物所组成的群组。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)包括提供一含卤素的有机化合物或一含硅的化合物至该真空腔体中，该含卤素的有机化合物的卤素原子是选自由：氟、氯、溴、碘及其混合所组成的群组。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该含卤素的有机化合物是聚四氟乙烯。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该前趋物包括一种或二种以上碳数为2以上的碳化合物。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，是用于使该基材的表面水-接触角(contact angle)上升。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤B)中，该类金刚石膜是以图案化的物理气相沉积或化学气相沉积的方式形成。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤A)之后包括一步骤A1)：将该前趋物制作成一靶材。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤B)中的物理气相沉积方法是选自由：等离子体溅镀法(Plasma Sputtering)、热蒸镀沉积法及离子束溅镀法(Ion Beam Sputtering Deposition，IBSD)所组成的群组；且该化学气相沉积方法是选自由：等离子体辅助化学气相沉积(Plasma EnhancedCVD)、射频化学气相沉积(Radio Frenquency CVD)及微波化学气相沉积(Microwave CVD)所组成的群组。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的厚度为10nm-10um。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该基材是选自由：一电路板、一发光二极管的外延层、一集成电路、一电极、一硬盘、一磁盘、一光盘、一玻璃基板、一金属基板、一模具、一液晶显示器面板、以及一触控面板所组成的群组。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的蓝光穿透率为80％以上。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的电阻率为104Ωcm以上。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤A)前包括：形成一中间层于该基材的表面。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该中间层是选自由：碳、氢、硅及其混合所组成的群组。
所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该硅原子于该中间层中所占的原子比例为5％-40％。
本发明的类金刚石膜可用于保护物品表面、提升物品表面疏水性，提升绝缘性质，防止表面氧化，避免湿气侵入，防止酸蚀，防止灰尘进入，避免物品表面遭灰尘颗粒刮伤。且可于不影响光穿透性的前提下，提供物品保护。例如，可作为电视以及手机屏幕的保护膜，使其不怕酸(如，果汁)以及灰尘侵入，且不影响透光度。此外，亦可镀覆于磁盘或光盘表面，使提供保护功能避免刮伤。此外，本发明的类金刚石膜可经图案化形成于亲水的玻璃基板表面，使玻璃基板同时具有疏水及亲水特性，而使其触感滑溜(即，具疏油(lipophobic)性)，且不黏尘(lipophilic)。
本发明的类金刚石膜可取代公知常用的DLC，本发明的类金刚石膜含有含量小于约20％(较佳为10％，更佳为约5％)的石墨键，其绝大部份的碳原子以单键(饱和键结)化合，亦即，碳原子与其它原子之间大部分是以单键进行键结，例如形成C-C、C-H、C-F或C-Cl的单键共价键。因此本发明的类金刚石膜其电阻率甚高(能隙大于4ev)，且同时可使包括短波(如蓝光)的可见光透过。本发明的类金刚石膜，由于碳原子形成晶格的表面不含金属键，因此惰性(inert character)甚高，可排斥电荷，因此本发明的类金刚石膜具有不被极性液体润湿的特性，即具有疏水性及斥盐性。因此，不会被盐水或酸液等腐蚀。
本发明的方法所形成的类金刚石膜可用于保护物品表面、提升物品表面疏水性，提升绝缘性质，防止表面氧化，避免湿气侵入，防止酸蚀，防止灰尘进入，避免物品表面遭灰尘颗粒刮伤。且可于不影响光穿透性的前提下，提供物品保护。例如，可作为电视以及手机屏幕的保护膜，使其不怕酸(如，果汁)以及灰尘侵入，且不影响透光度。此外，亦可镀覆于磁盘或光盘表面，使提供保护功能避免刮伤。此外，本发明的方法所形成的类金刚石膜可经图案化形成于亲水的玻璃基板表面，使玻璃基板同时具有疏水及亲水特性，而使其触感滑溜(即，具疏油(lipophobic)性)，且不黏尘(lipophilic)。
附图说明
图1是本发明实施例1的类金刚石膜的蓝光穿透率测试结果图。
具体实施方式
本发明的该类金刚石膜是包括至少一碳数为2以上的碳化合物，该类金刚石膜所组成的原子中所含碳原子的比例为50％以上，且该类金刚石膜中原子之间的键结为饱和键结(即，饱和单键)的比例为80％以上。
本发明的特点之一是以含石墨键极少的原材料披覆基材。基材可为半导体(如硅)，陶瓷(如玻璃)，或金属(如铝)。
本发明中，该类金刚石膜中原子之间的键结是选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组(例如：C-C、C-H、C-F或C-Cl键结)。
本发明中，类金刚石膜较佳可由一前趋物(precursor)形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结(例如，碳原子与碳原子、碳原子与氢原子、或碳原子与卤素原子之间的键结(例如，C-C、C-H、C-F或C-Cl键结))为饱和键结的比例可为80％以上，较佳为90％以上，更佳为95％以上。
本发明的具体实施态样之一为，以具有饱和碳键的化合物(如，烷类)作为前趋物原料制备类金刚石膜，而避免使用具不饱和键的化合物(如，烯类或炔类)作为原料。更进一步地，本发明较佳是使用大分子且具饱和碳键的化合物为前趋物原料，这样才能增加沉积速率。例如，不以公知常用的甲烷(CH4)为原料，而以丙烷或丁烷为前趋物气体原料。本发明的优先使用前趋物原料为具有钻石键的液体(如，金刚烷(Adamantane))、或固体(如，纳米钻石、微米钻石)。本发明的类金刚石膜也可使用液体胶结的固体(如以金刚烷黏结的纳米钻石)作为前趋物原料来制备。
本发明中，类金刚石膜较佳是由上述该前趋物，以物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积的方式形成。
本发明中，披覆类金刚石膜的方法较佳可为任何一种物理气相沉积方法或化学气相沉积方法，类金刚石膜可形成于各种基材上，而基材可为陶瓷、金属、半导体或塑料。例如，本发明所披覆的类金刚石膜可披露于模具、钻针、电路板、触控面板、磁盘、光盘、太阳能电池、LED等。物理气相沉积方法可选择：如电阻式加热法、激光蒸镀沉积法、弧光放电加热法(Arc)、电子枪加热法、射频加热法(RF Heating)、或分子外延长膜法(MBE，Molecular Beam Epitacy)的热蒸镀沉积法；或是如平面二极溅镀(Planar Diode Sputtering Deposition(DC Sputtering Deposition))、双阴极溅镀(Dual Cathodes Sputtering Deposition)、三极溅镀(Triode SputteringDeposition)、磁控溅镀(Magnetron Sputtering Deposition)、射频溅镀(RFSputtering Deposition)的等离子体溅镀法；或是离子束溅镀法(Ion BeamSputtering Deposition)。化学气相沉积方法较佳可选自由：等离子体辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced CVD)、射频化学气相沉积(RadioFrenquency CVD)、及微波化学气相沉积(Microwave CVD)所组成的群组。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该前趋物及/或该碳数为2以上的碳化合物较佳可选自由：碳数为2以上的烷类(例如，乙烷、丁烷)、金刚烷(adamantane)、纳米钻石、微米钻石、及其混合物所组成的群组。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜较佳可还包括一卤素的有机化合物或硅化合物，且该卤素的有机化合物较佳可选自由：氟的有机化合物、氯的有机化合物、溴的有机化合物、碘的有机化合物、及其混合所组成的群组。而该氟的有机化合物较佳可为聚四氟乙烯(即，铁氟龙(Teflon))。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该卤素原子或硅原子于该类金刚石膜中所占的原子比例较佳可为5％-30％。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的电阻率较佳可为104Ωcm以上，更佳为107-1013Ωcm，使具有相当程度的绝缘特性。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的蓝光穿透率较佳可为80％以上，使可应用于蓝光光盘及其它处。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的维氏硬度较佳可为900-4000kg/mm2。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜较佳可覆于一基材的表面，可用于使该基材的表面水-接触角(contact angle)上升。亦即，提升该基材的疏水性。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的厚度较佳可为10nm-10um。如需要有较佳的透光性，其厚度较佳可为100nm以内。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜较佳可覆于一基材的表面，该基材较佳可选自由：一电路板、一发光二极管的外延层、一集成电路、一电极、一硬盘(hard drive)、一磁盘、一光盘、一玻璃基板、一金属基板(例如，铝基板)、一模具(如，机械设备的模块)、一液晶显示器面板、以及一触控面板所组成的群组。
根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜较佳可为图案化的类金刚石膜。例如，具有周期性格纹网状、点状(或岛状)、或条纹状。使经类金刚石膜的表面可同时具有亲水性(hydrophilic)及疏水性(hydrophobic)。例如，于玻璃基板上形成点状图案化的类金刚石膜，可使玻璃表面兼具亲水性及疏水性，更使其表面滑溜(疏油，Lipophobic)也不黏尘(Lipophilic)。
以点状或网状类金刚石膜披覆的面板不仅不怕酸(如，果汁)蚀，亦可达到不留油迹(如，指纹)的效果。类金刚石膜可作为显示器、电视、及手机最佳的保护膜。除此之外，类金刚石膜还可避免磨耗，也可防止沙尘刮伤。另外，似钻膜还可填补玻璃表面抛光留下的微裂纹，使避免玻璃面板在碰撞时(如，手机掉落时)裂开。
此外，根据本发明的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜与该基材之间较佳可还包括一中间层。
此外，根据本发明的类金刚石膜，其中，该中间层较佳可选自由：碳、氢、硅、及其混合所组成的群组。(例如，可为碳化硅，可提升DLC与基材间的结合性)。并且，该硅原子于该中间层中所占的原子比例较佳可为5％-40％。
本发明另提供一种类金刚石膜的形成方法，该方法包括步骤：(A)提供一前趋物并将其导入至一真空腔体中，该前趋物是包括至少一碳数为2以上的碳化合物，且该碳化合物中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上；以及(B)使用该前趋物，以物理气相沉积或化学气相沉积的方式于一基材的表面形成该类金刚石膜。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中步骤(A)中，该碳化合物中原子之间的键结较佳可为饱和键结的比例较佳为80％以上，更佳为90％以上。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中碳化合物中原子之间的键结可选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中步骤(A)的前较佳可还包括一步骤(A0)：提供氢气，以该氢气处理该前趋物。氢气可消除前趋物中所含的石墨键(sp2)，使形成更多的钻石键(sp3)。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中该前趋物较佳可为固体、液体、或其混合物。例如，前趋物可包括有纳米钻石、微米钻石、金刚烷(adamantane，C10H16)、或纳米钻石与金刚烷的混合物。其中，前趋物所含的碳数为2以上的碳化合物较佳可选自由：碳数为2以上的烷类(例如，乙烷、丁烷)、金刚烷、纳米钻石、及其混合物所组成的群组。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，步骤(A)还包括提供一含卤素的有机化合物或一含硅的化合物至该真空腔体中，其中该含卤素的有机化合物的卤素原子较佳可选自由：氟、氯、溴、碘、及其混合所组成的群组。较佳地，该含卤素的有机化合物为聚四氟乙烯(即，铁氟龙(Teflon)。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中该前趋物较佳可包括一种或二种以上碳数为2以上的碳化合物，且该些碳原子与碳原子、碳原子与氢原子、或碳原子与卤素原子之间的键结较佳可为饱和键结的比例可为80％以上，较佳为90％以上，更佳为95％以上。例如，前趋物可为纳米钻石与金刚烷的混合物。
本发明的类金刚石膜的形成方法，较佳可用于使该基材的表面水-接触角(contact angle)上升。亦即，提升基材(如玻璃基板)的疏水性。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中该步骤(B)中，该类金刚石膜较佳可以图案化的物理气相沉积或化学气相沉积的方式形成。使所形成的类金刚石膜为图案化的类金刚石膜。例如，具有周期性格纹网状、点状(或岛状)、或条纹状。使经类金刚石膜的表面可同时具有亲水性及疏水性。例如，于玻璃基板上形成点状图案化的类金刚石膜，可使玻璃表面兼具亲水性及疏水性，更使其表面滑溜(疏油)也不黏尘。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中该步骤(A)之后较佳可还包括一步骤(A1)：将该前趋物制作成一靶材(例如，溅镀靶材)。例如，将铁弗龙(Teflon)粉末渗入纳米钻石的泥浆内而制成靶材。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中该步骤(B)中的物理气相沉积方法较佳可选自由：等离子体溅镀法(Plasma Sputtering)、热蒸镀沉积法、及离子束溅镀法(Ion Beam Sputtering Deposition，IBSD)所组成的群组；且化学气相沉积方法较佳可选自由：等离子体辅助化学气相沉积(PlasmaEnhanced CVD)、射频化学气相沉积(Radio Frenquency CVD)、及微波化学气相沉积(Microwave CVD)所组成的群组。热蒸镀沉积例如有：电阻式加热法、激光蒸镀沉积法、弧光放电加热法沉积、电子枪加热沉积、射频加热、或分子外延长膜法。等离子体溅镀法例如有：平面二极溅镀、射频溅镀、双阴极溅镀、三极溅镀、或磁控溅镀。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的厚度较佳可为10nm-10um。如需要有较佳的透光性，其厚度较佳可为100nm以内。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中，该基材较佳可选自由：一电路板、一发光二极管的外延层、一集成电路、一电极、一硬盘(harddrive)、一磁盘、一光盘、一玻璃基板、一金属基板(例如，铝基板)、一模具(如，机械设备的模块)、一液晶显示器面板、以及一触控面板所组成的群组。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的蓝光穿透率较佳可为80％以上，使可应用于蓝光光盘及其它。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的电阻率较佳可为104Ωcm以上，使具有相当程度的绝缘特性。
根据本发明的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤(A)前较佳可还包括：形成一中间层于该基材的表面。其中，该中间层较佳可选自由：碳、氢、硅、及其混合所组成的群组。其中，该硅原子于该中间层中所占的原子比例较佳可为5％-40％。
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。
实施例1
将作为前趋物的金刚烷(Adamantane)的蒸气渗入氢气后(10～50％)，导入至一真空腔体。接着，提供射频(如13.56MHZ的Radio Frequency)(即，使用射频溅镀(Radio Frequency，RF))或微波(Microwave)的化学气相沉积方法(Chemical vapor deposition，CVD))解离C-H键而使具单键的碳披覆在铝基板、模具、LED外延层、硬盘(Hard Drive)或光盘片上，而形成本实施例的类金刚石膜。类金刚石膜也可作为透光的保护膜，并同时包括绝缘、耐蚀、防刮等功能。
其中，所形成的类金刚石膜的厚度约为10nm-10um。如需要有较佳的透光性，其厚度较佳可为100nm以内。
此外，将所形成的类金刚石膜进行电阻率测试，可得到其电阻率为104Ωcm以上，即显示本实施例的类金刚石膜具有相当程度的绝缘特性。
将所形成的类金刚石膜进行蓝光穿透率测试，可得到其蓝光穿透率为80％以上，如图1所示。
实施例2
把钻石(如，粒径100μm左右的钻石颗粒)混入树脂中搅拌成泥状。再以滚轮来回碾轧形成薄片。接着，以紫外线照射或加热使树脂固化，再以砂轮研磨使钻石露出，形成固定的钻石突出点，而得到一钻石树脂盘。
将利用黄色炸药(TNT)爆炸所形成的纳米钻石颗粒在氢气下热处理，利用氢气消除石墨键并使钻石颗粒具有亲油性。之后，加入金刚烷作为黏结剂，并制成泥状。其后，将纳米钻石泥压铸在上述的钻石树脂盘上。将上述表面披覆纳米钻石的钻石树脂盘装进一金属背板中，使成为一靶材盘。
以此具有钻石树脂盘的靶材盘作为靶材，使用射频(RF)溅镀，以披覆类金刚石膜在刀具、模具、磁盘或光盘上。
实施例3
本实施例是使用如实施例2中所述的相似方法制作靶材。其步骤是，将铁弗龙(Teflon)粉末渗入纳米钻石的泥浆(钻石颗粒混入树脂形成)内制成靶材(其中，纳米钻石的比例约为99～50Vol％)，并使用此靶材溅镀形成图案化类金刚石膜在玻璃基板上。由于此渗有铁弗龙的类金刚石膜含有氟原子，氟原子具有稳定八隅体的价电子，因此可迫使类金刚石膜的与水接触角(Contact Angle)增加。在此，为了形成图案化的类金刚石膜，于溅镀前，上述的玻璃基板表面须先行披覆网状的光阻，使类金刚石膜镀在网孔内。其后移除光阻使玻璃板上附着疏水的钻石岛(例如，间隔为100nm)。
岛形类金刚石膜镀经测试后，其与水接触角(contact angle)约为115度。
玻璃基板本身的氧化物(如，SiO2)为亲水性，但覆于玻璃基板表面的岛形类金刚石膜镀为疏水性，因此经由覆盖类金刚石膜镀的玻璃基板则呈现二种性质(即，亲水及疏水性)。这种兼具亲水(Hydrophilic)及疏水(Hydrophohic)的触控面板，不仅甚滑溜(疏油，Lipophobic)，也不黏尘(Lipophilic)。
此外，若经岛状或网状类金刚石膜披覆的面板，可不仅不怕酸(如，果汁)蚀，也不留油迹(如，指纹)。
本发明的类金刚石膜可作为显示器、电视、及手机等最佳的保护膜。除此之外，本发明的类金刚石膜亦可避免磨耗，也可防止沙尘刮伤。另外，本发明的类金刚石膜还可填补玻璃表面抛光留下的微裂纹，使玻璃面板在碰撞时(如，手机掉落时)裂开。
综上所述，本发明提供了一种类金刚石膜及其制备方法。本发明的类金刚石膜可用于保护物品表面、提升物品表面疏水性，提升绝缘性质，防止表面氧化，避免湿气侵入，防止酸蚀，防止灰尘进入，避免物品表面遭灰尘颗粒刮伤。且可于不影响光穿透性的前提下，提供物品保护。例如，可作为电视以及手机屏幕的保护膜，使其不怕酸(如，果汁)以及灰尘侵入，且不影响透光度。此外，亦可镀覆于磁盘或光盘表面，使提供保护功能避免刮伤。此外，本发明的类金刚石膜可经图案化形成于亲水的玻璃基板表面，使玻璃基板同时具有疏水及亲水特性，而使其触感滑溜(即，具疏油(lipophobic)性)，且不黏尘(lipophilic)。
本发明的类金刚石膜可取代公知常用的DLC，本发明的类金刚石膜含有含量小于约20％(较佳为10％，更佳为约5％)的石墨键，其绝大部份的碳原子是以单键(饱和键结)化合，例如，包括形成C-C、C-H、C-F或C-Cl的单键共价键。因此本发明的类金刚石膜其电阻率甚高(能隙大于4ev)，且同时可使包括短波(如蓝光)的可见光透过。本发明的类金刚石膜，由于碳原子形成晶格的表面不含金属键，因此惰性(inert character)甚高，可排斥电荷，因此本发明的类金刚石膜具有不被极性液体润湿的特性，即具有疏水性及斥盐性。因此，不会被盐水或酸液等腐蚀。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (40)
1.一种类金刚石膜，该类金刚石膜包括至少一碳数为2以上的碳化合物，该类金刚石膜所组成的原子中所含碳原子的比例为50％以上，且该类金刚石膜中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上。
2.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜中原子之间的键结是选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组。
3.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是由一前趋物形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上。
4.如权利要求3所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是由一前趋物形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结为饱和键结的比例为90％以上。
5.如权利要求3所述的类金刚石膜，其中，该前趋物是选自由：碳数为2以上的烷类、金刚烷、纳米钻石、微米钻石及其混合物所组成的群组。
6.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜包括一卤素的有机化合物或硅化合物。
7.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该卤素的有机化合物是选自由：氟的有机化合物、氯的有机化合物、溴的有机化合物、碘的有机化合物及其混合所组成的群组。
8.如权利要求7所述的类金刚石膜，其中，该氟的有机化合物为聚四氟乙烯。
9.如权利要求7所述的类金刚石膜，其中，该卤素原子或硅原子于该类金刚石膜中所占的原子比例为5％-30％。
10.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的电阻率为104Ωcm以上。
11.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的维氏硬度为900-4000kg/mm2。
12.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的蓝光穿透率为80％以上。
13.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是覆于一基材的表面。
14.如权利要求13所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是用于使该基材的表面水-接触角上升。
15.如权利要求1所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜的厚度为10nm-10um。
16.如权利要求13所述的类金刚石膜，其中，该基材是选自由：一电路板、一发光二极管的外延层、一集成电路、一电极、一硬盘、一磁盘、一光盘、一玻璃基板、一金属基板、一模具、一液晶显示器面板、一陶瓷基板、一高分子基板以及一触控面板所组成的群组。
17.如权利要求13所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜为图案化的类金刚石膜。
18.如权利要求13所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜与该基材之间包括一中间层。
19.如权利要求18所述的类金刚石膜，其中，该中间层是选自由：碳、氢、硅及其混合所组成的群组。
20.如权利要求19所述的类金刚石膜，其中，该硅原子于该中间层中所占的原子比例为5％-40％。
21.一种类金刚石膜的形成方法，该方法包括步骤：
A)提供一前趋物并将其导入至一真空腔体中，该前趋物包括至少一碳数为2以上的碳化合物，且该碳化合物中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上；以及
B)使用该前趋物，以物理气相沉积或化学气相沉积的方式于一基材的表面形成该类金刚石膜。
22.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)中，该碳化合物中原子之间的键结为饱和键结的比例为90％以上。
23.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)中，该碳化合物中原子之间的键结是选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组。
24.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)之前包括一步骤A0)：提供氢气，以该氢气处理该前趋物。
25.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该前趋物为固体、液体、气体或其混合物。
26.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该前趋物是选自由：碳数为2以上的烷类、金刚烷、纳米钻石、微米钻石及其混合物所组成的群组。
27.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，步骤A)包括提供一含卤素的有机化合物或一含硅的化合物至该真空腔体中，该含卤素的有机化合物的卤素原子是选自由：氟、氯、溴、碘及其混合所组成的群组。
28.如权利要求27所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该含卤素的有机化合物是聚四氟乙烯。
29.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该前趋物包括一种或二种以上碳数为2以上的碳化合物。
30.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，是用于使该基材的表面水-接触角上升。
31.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤B)中，该类金刚石膜是以图案化的物理气相沉积或化学气相沉积的方式形成。
32.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤A)之后包括一步骤A1)：将该前趋物制作成一靶材。
33.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤B)中的物理气相沉积方法是选自由：等离子体溅镀法、热蒸镀沉积法及离子束溅镀法所组成的群组；且该化学气相沉积方法是选自由：等离子体辅助化学气相沉积、射频化学气相沉积及微波化学气相沉积所组成的群组。
34.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的厚度为10nm-10um。
35.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该基材是选自由：一电路板、一发光二极管的外延层、一集成电路、一电极、一硬盘、一磁盘、一光盘、一玻璃基板、一金属基板、一模具、一液晶显示器面板、以及一触控面板所组成的群组。
36.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的蓝光穿透率为80％以上。
37.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该类金刚石膜的电阻率为104Ωcm以上。
38.如权利要求21所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该步骤A)前包括：形成一中间层于该基材的表面。
39.如权利要求38所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该中间层是选自由：碳、氢、硅及其混合所组成的群组。
40.如权利要求39所述的类金刚石膜的形成方法，其中，该硅原子于该中间层中所占的原子比例为5％-40％。
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