CN1989069A - 含氢碳膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有新颖性能的含氢碳膜。例如，可以有效地防止在基底上形成的该含氢碳膜从基底上剥离。该含氢碳膜含有碳和氢。一种该含氢碳膜的氢含量大于50原子％并且小于65原子％、该膜的密度大于1.3g/cm3并且小于1.5g/cm3。另一种该含氢碳膜的氢含量大于0原子％并且小于50原子％、该膜的密度大于1.4g/cm3并且小于1.9g/cm3。再一种所述的含氢碳膜可以包括其中氢含量高于50原子％的区域和其中氢含量低于50原子％的区域。

Description

含氢碳膜
技术领域
本发明涉及含氢碳膜。更具体地说，本发明涉及具有新颖性能的含氢碳膜。例如，这种含氢碳膜可以有效地防止从该含氢碳膜布置于其上的基底上剥离。
背景技术
含有碳和氢的含氢碳膜具有良好的机械性能和化学稳定性，因此它们一直主要被用作工具、模具、机械部件、电气部件和光学部件的涂布材料。含氢碳膜的应用已经变得越来越广泛。根据含氢碳膜的应用，已经开发出了各种具有不同性能的含氢碳膜。
例如，专利文献1披露了一种走带机构，该机构带有一种作为输带轴最外表面的含氢碳膜，其中所述的含氢碳膜的努普硬度为5000kg/mm2、密度为2.49、氢含量为25％(参见专利文献1的[0039]段和表1)。然而，如果该含氢碳膜的厚度增大到例如0.5μm，则该膜在老化过程中表现出黏附性下降，并且出现剥离现象(参见专利文献1的[0064]段和[0066]段)。
专利文献2披露了一种磁性记录介质，该磁性记录介质具有磁层和作为保护层而布置在该磁层上的含氢碳膜。该含氢碳膜的密度为2.5g/cm3、硬度为约50GPa、氢含量为约8-18原子％(参见专利文献2的权利要求13、14和16)。由于该含氢碳膜的表面粗糙度随其厚度增大而提高，因此该膜的厚度无法增加到超过15nm(参见专利文献2第16页的第9行和第10行)。
专利文献3披露了一种含氢碳膜，该膜的密度等于或大于2.8g/cm3并且等于或小于3.3g/cm3、自旋密度等于或大于1×1028自旋/cm3并且等于或小于1×1021自旋/cm3、碳含量为99.5原子％或更高、氢含量为0.5原子％或更低、努普硬度等于或大于2000并且等于或小于6000(参见专利文献3的权利要求书)。然而，该含氢碳膜具有高密度和高硬度，因此当其厚度增大时，正如专利文献1中所披露的含氢碳膜一样，该含氢碳膜容易从基底上剥离。
专利文献1：待审查的日本专利申请公开No.7-121938
专利文献2：PCT申请日语译文专利公开No.2000-512053
专利文献3：待审查的日本专利申请公开No.2003-147508
发明内容
本发明所要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种具有新颖性能例如可以有效地防止其从基底上剥离的含氢碳膜。
解决技术问题的手段
根据第一种实施方案，本发明提供了一种含有碳和氢的含氢碳膜，其中所述的含氢碳膜的氢含量大于50原子％并且小于65原子％、该膜的密度大于1.3g/cm3并且小于1.5g/cm3。
根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜可以具有压缩应力。该压缩应力优选大于0.01千兆帕斯卡(Gpa)并且小于1Gpa。
根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜的自旋密度优选小于5×1016自旋/cm3。
根据第二种实施方案，本发明还提供了一种含有碳和氢的含氢碳膜，其中所述的含氢碳膜的氢含量大于0原子％并且小于50原子％、该膜的密度大于1.4g/cm3并且小于1.9g/cm3。
根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜可以具有拉伸应力。该拉伸应力优选大于0.05GPa并且小于1GPa。
根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜的自旋密度优选大于1×1017自旋每立方厘米(自旋/cm3)并且小于1×1020自旋/cm3。
根据第三种实施方案，本发明还提供了一种含有碳和氢的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜包括至少一个其氢含量大于50原子％的区域和至少一个其氢含量小于50原子％的区域。
在根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜中，所述的其氢含量大于50原子％的区域可以包括根据第一种实施方案的含氢碳膜，所述的其氢含量小于50原子％的区域可以包括根据第二种实施方案的含氢碳膜。
在根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜中，所述的其氢含量大于50原子％的区域可以为具有较低折射率的区域，所述的其氢含量小于50原子％的区域可以为具有较高折射率的区域。
在根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜中，所述的其氢含量大于50原子％的区域可以为具有较高电阻率的区域，所述的其氢含量小于50原子％的区域可以为具有较低电阻率的区域。
根据本发明第二种和第三种实施方案的含氢碳膜可以在厚度方向上具有氢含量分布。
本发明的有益效果
本发明提供了具有新颖性能的含氢碳膜。例如，可以有效地防止本发明的含氢碳膜从该含氢碳膜布置于其上的基底上剥离。
附图简述
图1是根据本发明的第三种实施方案的含氢碳膜的优选实施例的示意性俯视放大图。
图2是采用根据本发明的第三种实施方案的含氢碳膜的折射率调制型衍射光学元件的优选实施例的示意性剖视图。
图3是示出当将图2中的衍射光学元件用作波长双工器(wavelength diplexer)时该衍射光学元件的发散作用的优选实施例的示意性剖视图。
图4是示出当将图2中的衍射光学元件用作光耦合器时该衍射光学元件的功率发散作用的优选实施例的示意性剖视图。
图5是示出当将图2中的衍射光学元件用作偏振光双工器(polarized light diplexer)时该衍射光学元件的偏振光发散作用的优选实施例的示意性剖视图。
图6是示出图2中的衍射光学元件的部分制造工艺的优选实施例的示意性剖视图。
附图标号的说明
1、2、4和5：区域；3：基底；6：含氢碳膜；7：金掩模；8：氦离子。
实施本发明的最佳方式
下面说明本发明的实施方案。在本申请的附图中，相同的附图标号表示相同或相应的部分。
根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜均为含有碳和氢的含氢碳膜。该含氢碳膜的氢含量大于50原子％并且小于65原子％、该膜的密度大于1.3g/cm3并且小于1.5g/cm3。这些含氢碳膜具有这样特定的氢含量和密度，从而它们具有挠性。因此，即使当这些含氢碳膜以大的厚度布置在挠性基底上时，也可以有效地防止所述含氢碳膜从基底上剥离。这是由于这些含氢碳膜能够对基底的例如曲率变化之类的变化产生响应的缘故。具有这种特定氢含量和特定密度的含氢碳膜在不提高其表面粗糙度的条件下可以具有大的厚度。与此相反，具有较低氢含量和较高密度的含氢碳膜可能会从基底上剥离，由此可能无法具有足够大的厚度。此外，这些膜的表面粗糙度可随着厚度的增大而提高。
含氢碳膜的氢含量可以通常根据卢瑟福背散射能谱法(RBS)和氢正向散射能谱法(HFS)进行计算来加以确定。该种方法是这样：例如，将氦离子辐照到含氢碳膜样品上，用探测器检测被背散射的氦离子，并且还检测含氢碳膜中被正向散射的氢。然后，通过计算确定包括氢含量在内的各构成元素的组成。含氢碳膜的密度通常可以根据掠入射X射线反射率(GIXR)方法进行计算来加以确定。该种方法是这样：含氢碳膜的密度通常基于被辐照到含氢碳膜上的X射线的反射率进行计算来加以确定。
根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜可以具有压缩应力。该压缩应力优选大于0.01GPa并且小于1GPa。当含氢碳膜具有上述特定范围内的压缩应力时，即使含氢碳膜的厚度增大，它们也可以进一步抵制从基底上剥离。此处所述的压缩应力可以通常通过当将含氢碳膜布置在基底上之后对基底的曲率和厚度进行计算来加以确定。
在根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜中，自旋密度优选小于5×1016自旋/cm3。通过满足该条件，含氢碳膜的缺陷密度可以得到降低。因此，该含氢碳膜往往会具有得到提高的绝缘性能和得到降低的光吸收性。所述的自旋密度通过根据电子自旋共振(ESR)方法进行计算来加以确定。“自旋密度”和“不成对的电子的密度”是同义词。自旋密度较高表示含氢碳膜中的悬空键的数量较大，即含氢碳膜中的缺陷数量较大。
根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜的努普硬度可以大于30并且小于200。其电阻率可以为1×109Ωcm或更高。其对可见辐射(绿光)的消光系数可以小于2×10-4，并且其对波长为1550nm的辐射的消光系数可以小于1×10-4。此外，其对可见光至红外线的折射率可以为1.48-1.6。此处所述的努普硬度可以根据用于测量努普硬度的已知方法进行计算来加以确定。电阻率通常可以根据四端测量方法进行计算来加以确定。消光系数和折射率通常可以根据椭偏测量法或光谱椭偏测量法进行计算来加以确定，或者采用分光镜确定。
例如，可以将根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜用作或用于层间介质膜、布置在导体上的介质膜、具有电阻率分布的薄膜或膜、抗静电材料、具有折射率分布的膜或薄膜、衍射光学元件(DOE)、波导、具有透射率分布的膜或薄膜、抗反射涂布材料和光学记录材料。
例如，可以根据射频等离子体化学气相沉积(RF等离子体CVD)方法，制备根据本发明第一种实施方案的含氢碳膜。该方法中所用的原材料可以为例如选自甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、己烷(C6H14)、辛烷(C8H18)、乙炔(C2H2)、苯(C6H6)和环己烷(C6H12)中的至少一种烃类气体。其中，分子量等于或大于丙烷分子量的烃类气体是优选的。这是由于可以用较低的电功率、在较高的速度下使这些气体形成膜，并且所得到的含氢碳膜可以具有高的光学透明度。根据该种方法，含氢碳膜可以如下制备：将室温下的基底放在RF等离子体CVD体系中的RF电极上加热至150℃；在将任意一种烃类气体进给到RF等离子体CVD体系的同时将射频电功率施加到基底上。可以适当调整该方法中的条件，从而使形成于基底上的所得到的含氢碳膜具有特征(例如，氢含量和密度)。该类条件包括：施加到基底上的电功率、烃类气体的组成和量。基底可以为：例如石英、硅、带有铜配线的聚酰亚胺树脂、或者带有铜配线的环氧树脂。上面以RF等离子体CVD法作为制备方法的例子描述了含氢碳膜的制备过程。例如，还可以采用阴极弧离子镀法或溅射法代替RF等离子体CVD法来进行含氢碳膜的制备。
根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜均为含有碳和氢的含氢碳膜，其氢含量大于0原子％并且小于50原子％，该膜的密度大于1.4g/cm3并且小于1.9g/cm3。也可以通过规定含氢碳膜的氢含量和密度，制得挠性的含氢碳膜。因此，可以有效地防止所得到的含氢碳膜从基底上剥离。这些含氢碳膜也可以以的大厚度布置在基底上。该含氢碳膜的氢含量通常可以根据卢瑟福背散射能谱法(RBS)和氢正向散射能谱法(HFS)进行计算来加以确定；并且如上所述，其密度通常可以根据X射线反射率(GIXR)方法进行计算来加以确定。
根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜可以具有拉伸应力。该拉伸应力优选大于0.05GPa并且小于1GPa。这往往会使布置在基底上的含氢碳膜能够抵制随时间产生的变化。该含氢碳膜表现出具有拉伸应力的倾向。这与通过气相生长制备的膜显著不同，因通过气相生长制备的膜通常具有压缩应力。此处所述的拉伸应力可以通过用于测定根据第一种实施方案的含氢碳膜的压缩应力的方法进行计算来加以确定。
根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜的自旋密度优选大于1×1017自旋/cm3并且小于1×1020自旋/cm3。通过满足该条件，该含氢碳膜往往会具有得到降低的电阻率和得到提高的光吸收性。如针对第一种实施方案的含氢碳膜描述的一样，此处所述的自旋密度可以通过根据电子自旋共振(ESR)方法进行计算来加以确定。
根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜的硬度以努普硬度表示可以大于40并且小于800。其电阻率可以为1Ωcm至1×109Ωcm。其对可见辐射(绿光)的消光系数可以为5×10-4至5×10-2，并且其对波长为1550nm的辐射的消光系数可以为3×10-4至3×10-2。其对可见光至红外线的折射率可以为1.55至2.4。所述的努普硬度、电阻率、消光系数和折射率可以通过与针对第一种实施方案的含氢碳膜所采用的方法相同的方法进行计算来加以确定。可以将根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜用于与根据第一种实施方案的含氢碳膜的应用相似的应用中。
例如，通过将离子、辐射或电子束辐照到根据第一种实施方案的含氢碳膜上，可以制得根据本发明第二种实施方案的含氢碳膜。
辐照所用的离子可以为：例如，氢离子、氦离子、硼离子、碳离子和氮离子。其中，氢离子或氦离子是优选的，因为它们可以深深地渗入含氢碳膜。可以将离子在例如为50keV至8MeV的能量下进行加速。加速能优选为100keV至400keV，在该加速能下，离子能够以低工业成本深深地渗入该膜中。被注入的离子的量为例如1×1015-5×1017个离子每平方厘米(离子/cm2)，并且优选为7×1015-2×1017个离子/cm2。
辐照所用的辐射包括：例如，紫外(UV)激光，例如波长为248nm的氟化氪(KrF)激光、波长为308nm的氯化氙(XeCl)激光和波长为193nm的氟化氩(ArF)激光；来自于UV灯的辐射，例如来自于波长为200-300nm的灯的辐射；同步加速器辐射(SR)光，例如50-2000电子伏特(eV)的连续光；以及γ射线。此处所述的UV激光的辐照可以通过将平均功率为1-100W/cm2的UV激光辐照5-240分钟来进行。UV灯辐射的辐照可以通过将来自于5-200W/cm2的UV灯的辐射辐照0.5-120小时来进行。同步辐射的辐照可以在例如10-500mA.min/mm2的辐照度下进行。
电子束的辐照可以通过将能量为1-80keV、优选为5-20keV的电子束以0.1微库仑每平方厘米(μC/cm2)至10毫库仑每平方厘米(mC/cm2)、优选以1μC/cm2至1mC/cm2的辐照度进行辐照来实施。
图1是示出根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜的优选实施例的俯视放大图。该含氢碳膜为含有碳和氢的含氢碳膜。其具有区域1和区域2，其中各个区域1的氢含量均大于50原子％，各个区域2的氢含量均小于50原子％。通过使含氢碳膜具有其氢含量大于50原子％的区域1和其氢含量小于50原子％的区域2，可以降低整个含氢碳膜的应力。这是由于所得含氢碳膜既具有压缩应力，也具有拉伸应力。因此，即使当该含氢碳膜以大的厚度被布置在基底上时，也可以有效地防止该膜从基底上剥离。当含氢碳膜在平行于其表面的方向上具有氢含量分布时，所得到的元件可以具有有用的化学性能、声学性能、电学性能或光学性能。该种含氢碳膜包括：例如，一种分别以第一种实施方案的含氢碳膜和第二种实施方案的含氢碳膜作为其氢含量大于50原子％的区域1和其氢含量小于50原子％的区域2的含氢碳膜。
在根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜中，具有较低折射率的区域和具有较高折射率的区域可以分别构成其氢含量大于50原子％的区域和其氢含量小于50原子％的区域。通过使含氢碳膜在平行于其表面的方向上具有折射率分布，可以得到有用的光学元件。
例如，可以将这些在平行于其表面的方向上具有折射率分布的含氢碳膜用作折射率调制型衍射光学元件。图2是示出采用该含氢碳膜的折射率调制型衍射光学元件的优选实施例的示意性剖视图。该衍射光学元件包括半透明的基底3和布置在该基底3上的含氢碳膜6。该含氢碳膜6包括每个均具有较低折射率的区域4和每个均具有较高折射率的区域5。
图3是示出当将图2中的衍射光学元件用作波长双工器时，该衍射光学元件的发散作用的优选实施例的剖视图。参照图3，例如，当具有波长λ1、λ2、λ3、λ4的单束入射光束进入该衍射光学元件中时，穿过该衍射光学元件的该入射光束根据其波长以不同的角度进行衍射。结果，该单束入射光束根据波长被分离成沿不同方向传播的多束衍射光束。可以将图3所示的衍射光学元件用作多工器。在该种情况下，入射光束和衍射光线具有与图3所示的方向相反的方向。
图4是示出当将图2中的衍射光学元件用作光耦合器(功率发散装置)时，该衍射光学元件的功率发散作用的优选实施例的示意性剖视图。当具有单一波长的功率为P的入射光束进入衍射光学元件时，穿过该衍射光学元件的该入射光束根据衍射级以不同的角度进行衍射。因此，该具有单一波长的入射光束可以分别被分离成多束功率为P/4的衍射光线。
图5是示出当将图2中的衍射光学元件用作偏振光双工器时，该衍射光学元件的偏振光发散作用的优选实施例的示意性剖视图。具体而言，当包含横向电波(TE)分量和横向磁波(TM)分量的横向电磁波(TEM波)进入衍射光学元件中时，TE波和TM波根据其偏振光的不同而以不同的角度进行衍射。因此，可以将TE波和TM波彼此分离。
图6是示出图2中的衍射光学元件的部分制造工艺的优选实施例的示意性剖视图。此处的含氢碳膜6在其表面带有金掩模7。金掩模7被图案化成多根线条。线条状的金掩模7在垂直于长度方向的横截面为矩形，并且该金掩模7具有相当大的厚度。将氦离子8从金掩模7的斜上方辐照到该含氢碳膜6的表面。被氦离子8辐照的区域的氢含量降低到小于50原子％，并且该区域构成具有较高折射率的区域5。与此不同的是，没有受到氦离子8辐照的区域保持其氢含量大于50原子％，并且该区域构成具有较低折射率的区域4。因此，图6中的含氢碳膜6具有折射率较高的区域5和折射率较低的区域4，其中，这两种区域之间的界面相对于含氢碳膜6的表面是倾斜的。
在图2至图6所示的实施方案中，具有较低折射率的区域4和具有较高折射率的区域5相对于与含氢碳膜6的表面垂直的方向是倾斜的。这些仅仅是例子，可以将区域4和区域5与该含氢碳膜6的表面的垂直方向平行地进行布置。在图3至图6中，为了方便解释，省略了关于半透明基底的说明。
在具有折射率分布的含氢碳膜中，根据第一种实施方案的含氢碳膜和根据第二种实施方案的含氢碳膜可以分别构成具有较低折射率的区域和具有较高折射率的区域。
在根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜中，具有较高电阻率的区域和具有较低电阻率的区域可以分别构成其氢含量大于50原子％的区域和其氢含量小于50原子％的区域。通过使含氢碳膜在平行于其表面的方向具有电阻率分布，可以得到有用的电学元件。该种含氢碳膜包括：例如，一种分别以第一种实施方案的含氢碳膜和第二种实施方案的含氢碳膜作为具有较高电阻率的区域和具有较低电阻率的区域的含氢碳膜。
根据本发明第三种实施方案的含氢碳膜的制备方法可以为：例如，将离子、光或电子束辐照到根据第一种实施方案的含氢碳膜的部分表面，由此除去被辐照处理的区域中的氢，从而使该区域内的氢含量降低为小于50原子％。
还可以在含氢碳膜的厚度方向上形成氢含量分布。例如，这可以通过下述方法实现：利用辐照所用的光的衰减，用不同能量的离子进行多步辐照，或者用不同能量的电子束进行多步辐照。还可以在与含氢碳膜的厚度方向成斜角的方向上形成氢含量分布，例如，通过将离子、光或电子束以与含氢碳膜表面成斜角的方向辐照到该含氢碳膜上。这可以得到具有更为复杂的化学功能、声学功能、电学功能或光学功能的元件。
如针对本发明第三种实施方案的含氢碳膜一样，具有至少两种性能彼此不同的区域的含氢碳膜的制备方法可以为：例如，将离子、光或电子束辐照到根据第一种实施方案的含氢碳膜的部分表面上。例子
(实验例1)
采用阴极弧离子镀法、溅射法和RF等离子体CVD法中的任意一种方法，在硅基底上制得样品编号为1-8的一系列含氢碳膜。
阴极弧离子镀法(用于样品编号为1和2的含氢碳膜)是利用固体碳作为原材料，在氩气气氛中(用于样品编号为1的含氢碳膜)或者在氩气和氢气的气体混合物气氛下(用于样品编号为2的含氢碳膜)进行气相合成来实施的。溅射法(用于样品编号为3和4样品的含氢碳膜)是通过采用固体碳和甲烷气体作为原材料在氩气和甲烷气体的气体混合物中进行气相合成来实施的。RF等离子体CVD法(用于样品编号为5-8的含氢碳膜)是利用作为原材料的丙烷进行气相合成来实施的。在该RF等离子体CVD法中，基底在气相合成过程中的温度为50℃至150℃。通过例如改变气相合成过程中所施加的电功率，可以改变所得到的含氢碳膜的性能。
通过计算确定所制得的样品编号为1-8的含氢碳膜的氢含量、密度、应力、自旋密度、厚度和表面粗糙度。将这些结果示于表I中。在上述结果中，氢含量通过根据卢瑟福背散射能谱法(RBS)和氢正向散射能谱法(HFS)进行计算来加以确定，密度通过根据X射线反射率(GIXR)方法进行计算来加以确定。应力通过基于硅基底的翘曲进行计算来加以确定，自旋密度通过根据电子自旋共振(ESR)方法进行计算来加以确定。表面粗糙度的确定方法为：从含氢碳膜样品的表面粗糙曲线中抽取任意1mm长的部分，计算所抽取部分的算术平均表面粗糙度Ra。表I中的“厚度”表示：在测定含氢碳膜样品的特性(例如氢含量)时该含氢碳膜样品的厚度。表I中的“备注”表示：在经过上述的特性测定之后使含氢碳膜样品进一步生长，当含氢碳膜从基底上剥离时该含氢碳膜样品的厚度。
表I
样品编号 制备方法 氢含量(原子％) 密度(g/cm3) 应力 自旋密度(自旋/cm3) 厚度(μm) 表面粗糙度Ra(μm) 备注
类型 强度(GPa)
1  阴极弧离子镀法 0 3.24 压缩 12 2.2×1020 1 0.18 在厚度为2.5μm或更大时发生剥离
2  阴极弧离子镀法 2 3.05 压缩 8.8 5.8×1019 1 0.17 在厚度为2.0μm或更大时发生剥离
    3 溅射法 8 2.74 压缩 7.9 8.2×1019 1.5 0.14 在厚度为2.0μm或更大时发生剥离
4 溅射法 22 2.08 压缩 4.9 5.9×1018 1.2 0.1 在厚度为1.5μm或更大时发生剥离
5  RF等离子体CVD法 14 2.42 压缩 5.3 2.2×1018 1.2 0.08 在厚度为1.5μm或更大时发生剥离
6  RF等离子体CVD法 37 1.91 压缩 2.8 5.2×1017 1.6 0.09 在厚度为2.0μm或更大时发生剥离
7  RF等离子体CVD法 54 1.40 压缩 0.45 3.3×1016 7.2 0.06 没有出现剥离
8  RF等离子体CVD法 59 1.36 压缩 0.09   小于3.0×1016 6.4 0.05 没有出现剥离
表I说明：即使当膜的厚度为6μm或更大时，样品编号为7和8的含氢碳膜也没有从基底上剥离，但是样品编号为1-6的其它含氢碳膜从基底上剥离了。样品编号为7和8的含氢碳膜的氢含量大于50原子％并且小于65原子％、密度大于1.3g/cm3并且小于1.5g/cm3。
(实验例2)
采用环己烷作为原材料，通过RF等离子体CVD法，制得包括布置在石英基底上的含氢碳膜的七个样品。每个样品的含氢碳膜的氢含量为55原子％、密度为1.38g/cm3、压缩应力为0.21GPa、自旋密度小于3×1016自旋/cm3、厚度为0.8-1.1μm。然后，在不同的条件下，用UV激光、SR光和氦离子中的任何一种对上述制得的含氢碳膜进行辐照，制得样品编号为9-15的含氢碳膜。确定样品编号为9-15的含氢碳膜的氢含量、密度、应力和自旋密度。将这些结果示于表II中。表II中样品的首行表示用UV激光、SR光或氦离子进行辐照前含氢碳膜的性质。
表II
样品编号 辐照 氢含量(原子％) 密度(g/cm3)          应力 自旋密度(自旋/cm3)
类型 强度(GPa)
  -   辐照前 55 1.38   压缩   0.21   3×1016
  9   UV激光 48 1.44   拉伸   0.08   1.8×1017
  10   UV激光 37 1.55   拉伸   0.22   6.8×1017
  11   UV激光 18 1.68   拉伸   0.65   7×1018
  12   SR光 28 1.65   拉伸   0.45   1.1×1018
  13   SR光 6 1.81   拉伸   0.82   3.2×1019
  14   氦离子 45 1.48   拉伸   0.15   3.2×1017
  15   氦离子 25 1.68   拉伸   0.55   1.9×1018
表II说明：与辐照前的含氢碳膜相比，用例如UV激光辐照之后，样品编号为9-15的含氢碳膜的氢含量降低为小于50原子％。样品编号为9-15的含氢碳膜比辐照前的含氢碳膜表现出更高的密度，辐照后的密度为1.4g/cm3至1.9g/cm3。辐照之后，样品编号为9-15的含氢碳膜均具有拉伸应力。与此不同的是，它们在辐照前具有压缩应力。它们在辐照之后比辐照前表现出更高的自旋密度。
(实验例3)
采用甲烷作为原材料，通过RF等离子体CVD法，在挠性印制板的铜配线上形成含氢碳膜。该挠性印制板包括聚酰亚胺基底和布置在该基底上的铜配线。所得到的含氢碳膜的厚度为10μm、氢含量为53原子％、密度为1.39g/cm3。测定所形成的含氢碳膜的绝缘性能，发现该含氢碳膜对于铜配线的裸露的部分起到绝缘保护膜的作用。对形成有含氢碳膜的挠性印制板进行10万次弯曲试验。结果，该含氢碳膜没有出现剥离，并且表现出足够的耐久性。
(实验例4)
采用甲烷作为原材料，通过RF等离子体CVD法，在半透明的石英基底上形成含氢碳膜。所得含氢碳膜的厚度为3μm、氢含量为56原子％、密度为1.37g/cm3。将被图案化成线条的金掩模在该含氢碳膜的表面上形成，并且将SR光从该含氢碳膜的上方辐照到其上。由此，被辐照的部分的氢含量降低为小于50原子％。然后除去金掩模，得到含氢碳膜。这样得到了具有较高折射率的区域(即氢含量小于50原子％的区域)和具有较低折射率的区域(即氢含量大于50原子％的区域)。将前一种区域和后一种区域以交替的次序按与含氢碳膜表面平行的方向布置。用光照射该含氢碳膜，发现其起到折射率调制型衍射光学元件作用。
(实验例5)
将含氢碳膜形成在折射率为1.46的半透明石英基底上。所得到的含氢碳膜的厚度为8.5μm、折射率为1.52、氢含量为53原子％、密度为1.37g/cm3。用SR光辐照该含氢碳膜的表面。用SR光辐照之后，该含氢碳膜的最外表面的氢含量为19原子％、密度为1.67g/cm3；该含氢碳膜的面向石英基底的那侧的氢含量为48原子％、密度为1.41g/cm3。该含氢碳膜的被SR光辐照的一面的折射率为2.15，而面向基底的那一面的折射率为1.55。具体而言，该含氢碳膜在厚度方向具有折射率分布。此处所述的氢含量是通过根据卢瑟福背散射能谱法(RBS)和氢正向散射能谱法(HFS)进行计算来加以确定的，密度是通过根据X射线反射率(GIXR)方法进行计算来加以确定的。最外表面的测量结果由该含氢碳膜的表面测得。该含氢碳膜的面向基底那一侧的结果是在对该含氢碳膜从其表面侧进行离子蚀刻使得蚀刻所余下的膜的厚度为0.5μm之后Z再进行测量而得到的。根据光谱椭偏测量法，测定折射率。然后，将半透明的基底布置在被SR光辐照过的含氢碳膜的表面。该基底含有硫化锌，其折射率为2.20。由此，制得衍射光学元件。该衍射光学元件在从石英基底到硫化锌基底的范围内具有渐变的折射率分布。该衍射光学元件在从石英基底到硫化锌基底的整个区域内表现出高的透光率。这是由于该衍射光学元件在石英基底和含氢碳膜之间的界面以及硫化锌基底和含氢碳膜之间的界面上光学反射损耗均被充分降低之故。
应该注意：上述所披露的实施方案和实验例完全是说明性的，而非限制性的。还应该这样理解：本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由权利要求书之前的说明书限定，并且所述权利要求应当包括落入在所述权利要求的实质和范围之内或者落入在这些实质和范围的等同形式之内的所有变更和修改。
工业适用性
通过使含氢碳膜的氢含量和密度落入在特定的范围，得到了具有新颖性能的含氢碳膜。例如，可以有效地防止所得到的含氢碳膜从基底上剥离。

Claims (13)

1.一种含有碳和氢的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜的氢含量大于50原子％并且小于65原子％，并且，所述的含氢碳膜的密度大于1.3g/cm3并且小于1.5g/cm3。
2.根据权利要求1所述的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜具有压缩应力。
3.根据权利要求2所述的含氢碳膜，其中，所述的压缩应力大于0.01GPa并且小于1GPa。
4.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜的自旋密度小于5×1016自旋/cm3。
5.一种含有碳和氢的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜的氢含量大于0原子％并且小于50原子％，并且，所述的含氢碳膜的密度大于1.4g/cm3并且小于1.9g/cm3。
6.根据权利要求5所述的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜具有拉伸应力。
7.根据权利要求6所述的含氢碳膜，其中，所述的拉伸应力大于0.05GPa并且小于1GPa。
8.根据权利要求5-7中的任一项权利要求所述的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜的自旋密度大于1×1017自旋/cm3并且小于1×1020自旋/cm3。
9.一种含有碳和氢的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜包括至少一个其氢含量大于50原子％的区域和至少一个其氢含量小于50原子％的区域。
10.根据权利要求9所述的含氢碳膜，其中，所述的氢含量大于50原子％的区域包括根据权利要求1-4中的任一项权利要求所述的含氢碳膜，并且所述的氢含量小于50原子％的区域包括根据权利要求5-8中的任一项权利要求所述的含氢碳膜。
11.根据权利要求9和10中的一项权利要求所述的含氢碳膜，其中，所述的氢含量大于50原子％的区域包括具有较低折射率的区域，并且，所述的氢含量小于50原子％的区域包括具有较高折射率的区域。
12.根据权利要求9-11中的任一项权利要求所述的含氢碳膜，其中，所述的氢含量大于50原子％的区域包括具有较高电阻率的区域，并且，所述的氢含量小于50原子％的区域包括具有较低电阻率的区域。
13.根据权利要求5-12中的任一项权利要求所述的含氢碳膜，其中，所述的含氢碳膜在厚度方向上具有氢含量分布。
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