JP2001525498A - フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物 - Google Patents

フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物

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JP2001525498A JP2000524110A JP2000524110A JP2001525498A JP 2001525498 A JP2001525498 A JP 2001525498A JP 2000524110 A JP2000524110 A JP 2000524110A JP 2000524110 A JP2000524110 A JP 2000524110A JP 2001525498 A JP2001525498 A JP 2001525498A
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ジェイ.ブレイ ドナルド
ヴェンカトラマン チャンドラ
エイ.アウテン クレイグ
ジー.ホルター クリストファー
ゴエル アーヴィンド
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アドヴァンスド リフラクトリ テクノロジーズ,インコーポレイティッド
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Abstract

(57)【要約】 本発明はさまざまな基体の上への炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むダイアモンド様組成物を含むフッ素をドープされた被覆物に関する。好ましい基体には、可撓性基体、精密刃基体、及び電気外科用器具が含まれる。本発明はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された基体を製造する方法であって、真空被覆室に該基体を置く工程及び炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素のイオン、原子、又はラジカルから構成される固まりのない粒子ビームであって、各粒子種の平均自由行路がその粒子源と基体の成長する粒子被覆表面との間の距離よりも大きい粒子ビームの共沈着により該基体の上に炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むダイアモンド様組成物を沈着させる工程を含む方法にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本出願は1995年10月3日に出願した米国特許出願第08/538,73
1号の継続出願である1998年8月14日に出願した米国特許出願第09/1
33,951号の一部継続出願である。本出願は1997年12月5日出願の米
国仮特許出願第60/067,567号及び1997年12月5日に出願した米
国仮特許出願第60/067,750号の優先権を主張する。
【0002】 発明の分野 本発明は、基体上のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物に関する。よ
り具体的には本発明は可撓性基体、精密な刃を持った基体、及び電気外科用機械
の上へのこのような被覆物に関する。
【0003】 発明の背景 鋭い刃の保存は多数の生産物及び産業にとって重要である。多くの産業用の刃
及び医学用の道具はその鋭利な刃が合理的な長期間の間維持され得て初めて有用
となる。この鋭利さは基体により形成される刃及びその上の何らかの被覆物の精
度の結果である。剃刀の刃は、例えば、刃の最先端で約75〜約1000オング
ストロームの曲率半径をなすように成型された刃を持つ。比較のために、ヒトの
毛髪は約100マイクロメーターの幅を持つ。このような精密な基体の刃は、そ
の劣化を阻止する目的で、刃の精度を保存するために被覆されることがしばしば
ある。
【0004】 精密刃の劣化は腐食性及び/又は侵食性の力により惹起され得る。例えば、剃
刀の刃は最初の使用ですぐにある程度まで極めて容易に切れ味が悪くなる。した
がって、剃刀の刃に使用される鋼はしばしばスパッタリング蒸着された金属被覆
物でまず被覆した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で被覆する。P
TFE被覆は通常数十から数千オングストロームの厚さであり、実質的に最初の
使用で刃から除去される。充分なPTFEは潤滑維持の手段を与え続ける。しか
し、PTFE被覆は精密刃の劣化を防止しない。
【0005】 精密刃の鈍化は刃の最先端における曲率半径の増加、鋸状の刃を生じる刃の亀
裂、欠け若しくはひび、刃材料の侵食、又はこれらの要因の組み合わせによるも
のでありうる。剃刀の刃では、精密刃の劣化により摩擦が増大し利用者の不安を
招く。そのため、刃を取り替えるか、一部の使い捨て用品ならば剃刀そのものを
捨てる。産業分野又は医療分野などでのより高価な刃物類では、精密刃の道具の
鈍化により刃の鋭利化又は刃の再形成が必要となり、経費が増す。
【0006】 刃の完全さを保存するための試みとして、より硬い物質の被覆物の蒸着が試行
されてきた。多数の応用のためにはこの被覆物はすぐれた熱安定性、すなわち、
それ自体の使用(鋸刃)から生ずる高温又は滅菌手法(オートクレーブする外科
用器具)から生じる高温に耐えることができる熱安定性も有さなければならない
【0007】 鋼、亜鉛、アルミニウム、クロム、ニッケル、カドミウム、タンタル、パラジ
ウム、ホウ素、珪素、銅、ガリウム、レニウム、及びその合金などの金属系被覆
物は、精密刃を保存することが証明され、鋭利な刃に保護用の被覆を与えるため
多くの産業で使用されている。しかし、これらの物質から製造される被覆物は一
般に金属性の基体にしか適さない。
【0008】 珪酸塩系の被覆物も空気、酸、アルカリ、及び高温ガスに耐性があることが知
られている。しかし、珪酸塩から製造される被覆物は特別に強い物質ではないの
で、精密刃を適切に保護するとは思われない。
【0009】 あるセラミックの物質は、良好な腐食耐性を有し、おそらく刃を保護する被覆
物として使用できるであろう。しかしながら、セラミックはもろく、熱ショック
の破損を被り易い。典型的には、それらは粗くかつ多孔性であり、所望の低摩擦
を与えないであろう。
【0010】 ある硬いダイアモンド様被覆物(DLCs)が試行された。しかし、被覆物は
単に硬いだけでなく、基体へのすぐれた粘着性を有しなければならない。既知の
DLCは基体へ付着させるためにしばしば中間層を必要とする。物品の中には、
このような中間層が問題とならないものもある。しかし、精密刃を保護するため
には、全被覆物の合計の厚さが刃の最先端における非常に小さい曲率半径を認め
うる程増化させるものであってはならない。さらに、DLCと基体との間の中間
層を蒸着する追加の工程により生産費が上昇する。これは重要であり、使い捨て
の剃刀や剃刀の刃などの安価な物品にとっては経済的に不合理でさえある。
【0011】 したがって、中間層を設けることなく精密刃を保護するために金属及び非金属
の両方の表面に適用でき、かつ、強く、硬く、極めて粘着性で、温度、pH、及び
化学物質に反応しない被覆物が非常に望ましいであろう。
【0012】 物品を清掃すると粘着性の残留物が容易に取り除けるような取り外し又は非粘
着性の被覆物が施された料理用具、工業用具、又は医療器具などの多数のタイプ
の物品を提供することも望ましい。非粘着性の被覆物には例えばポリテトラフル
オロエチレンなどのフッ化炭素樹脂又は珪素樹脂が含まれる。
【0013】 非粘着性の被覆物を有する代表的な物品には電気外科用刃が含まれる。電気外
科の手法では、電気外科用器具が組織を切断するため及び/又は焼灼により血液
を凝固させるために高周波電圧で作動される。このような器具には通常一極系又
は二極系のどちらかで導電刃が組み込まれる。電気外科用器具は手術中の出血を
制御するのに効果的であることが示されてきたが、前記器具の共通の課題は切断
器具の表面に組織が粘着することであり、結果として切断効率が低下し、切断器
具の早い取替えが必要となる。この課題に対する1つの方法は焼灼された組織が
ほとんど付着しない非粘着性材料で切断器具を被覆することであった。もちろん
、このような被覆材料は電気外科用電流を流すのに適していなければならず、又
は少なくとも前記被覆は切断器具表面から組織へ電流を流させるように設定され
なければならない。
【0014】 非粘着性材料による電気外科用器具の被覆は外科的手法の効率を改善してきた
が、既知の被覆材料には多数の欠陥がある。例えば、これらの被覆物は電気伝導
度が不十分であり、基体にうまく付着せず、手術中の使用条件下で劣化しやすく
、そして繰り返される滅菌サイクルの結果として表面腐食及び点食をうける。
【0015】 また、可撓性基体上に抵抗器又はキャパシターなどの受動装置及び能動装置を
搭載する必要が増している。不連続要素の相互接続技術の使用は、多層化、高コ
ストの組立て、重量比に対する不都合なサイズ、大きな装置コスト、及び複数の
加工工程の影響を受けない。薄膜の受動の抵抗器及びキャパシターの使用により
、ハンダの相互接続に対する必要がなくなり、多層化能と重量比に対する優れた
サイズを有する集積化が促進される。従って、ポリイミド又は高温ポリマーなど
の可撓性基体上における誘電性の薄い被覆物の使用は重要になりつつある。多層
チップモジュール(MCM)及びFLEX回路における集積された抵抗器及びキ
ャパシターの使用は可撓性基体上における被覆物の使用の一分野である。フリッ
プチップ、表面実装、又は直接的なチップの取付けを含む任意のMCM技術を用
いて使用され得る被覆物が望ましい。
【0016】 現在、抵抗器及びキャパシターは別個の構成要素として製造され、ハンダ又は
ワイア結合により据え付けられる。これは高コストの組立て、ハンダ付けを行う
ための高価な装置、重量比に対する不都合なサイズ、及び多層回路の組立ての困
難を伴う。
【0017】 本発明はこれらの欠陥を克服することを意図する。
【0018】 発明の概要 本発明はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された基体を含む
物品であって、前記被覆物が炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むダイア
モンド様組成物を含むものである物品に関する。
【0019】 一つの様態において、本発明はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で
被覆された可撓性基体に関する。前記被覆物は炭素、珪素、酸素、水素、及びフ
ッ素を含み、好ましくは約0.05ミクロンから約10ミクロンの厚さで被覆される。
【0020】 別の一様態において、本発明は炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むフ
ッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された精密刃基体に関する。
【0021】 さらに他の態様において、本発明はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物で被覆された電気外科用器具に関する。前記被覆物は炭素、珪素、酸素、水素
、及びフッ素を含む。
【0022】 さらなる態様において、本発明は炭素、珪素、酸素、水素、フッ素、及び追加
ドーパントを含むフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された基体
に関する。
【0023】 さらに本発明は、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆で被覆された基体
を含む物品を製造する方法であって、真空被覆室に該基体を置く工程、及び炭素
、珪素、酸素、水素、及びフッ素のイオン、原子、又はラジカルから構成される
固まりのない粒子ビームの共蒸着により該基体の上に炭素、珪素、酸素、水素、
及びフッ素を含むダイアモンド様組成物を蒸着させる工程を含む方法に関する。
各粒子種の平均自由行路はその粒子源と基体の成長する粒子被覆表面との間の距
離を大きく超えるものである。
【0024】 本発明の詳細な説明 本発明はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された基体を含む
物品に関する。本発明の被覆物は炭素、珪素、水素、酸素、及びフッ素を含む。
この被覆物は、可撓性基体、精密刃の基体、ならびに優れた接着性及び低い膜応
力を備える電気外科用器具を含む種々の基体上に蒸着されうる。この被覆物は腐
食及び侵食に耐性がある。この被覆物は極めて硬く長期間の耐久性を有する。こ
の被覆物は精密刃を保護し、具体的な適用のための性質の最良の組み合わせを得
るために化学的組成物を操作することにより電気的に「調整する」ことができ又
は所望するように改変することができる。
【0025】 本明細書で用いられるとき、また通常理解されるとき、「精密な刃」とは基体
の最も狭くなる領域であり、先端で曲率半径が小さくなるよう基体の両面が収束
する。小さな曲率半径とは約25オングストロームから数ミクロンまでのもので
あると理解される。非常に鋭利な刃では、その曲率半径は約75オングストロー
ムから約1000オングストロームまでである。他の鋭利でない切断道具では、
先端の半径は数百ミクロンまでであるが、それでもそれは精密刃と考えられる。
【0026】 腐食とは、環境との反応による金属又は合金の電気化学的分解として定義され
、酸や塩基の存在により促進される。一般的に、金属又は合金の腐食性は活量系
列におけるその位置に依存する。腐食産物はしばしば金属の酸化物又はハロゲン
化物の形態をとる。さらに、腐食は有機物質との接触及び自然環境の条件にさら
されることによる非金属基体の分解であると考えられる。
【0027】 本発明の被覆物は、刃の保存性及び耐腐食性に加え、強固であり、かつ化学物質
により生じる侵食、磨耗、又は切除に耐性があり、熱にも安定である。従って、
この被覆物は生物学的攻撃又は化学的攻撃を受けつけない。侵食に対する本発明
の被覆物の耐性により、例えば物理的な削げ落ちの可能性が低くなる。したがっ
てこの基体は環境の腐食にさらされにくい。この被覆物は種々の基体に優れた接
着性を有し、既知のダイアモンド様被覆を腐食することが知られている温度以上
の高温の熱ショックに対して耐性がある。
【0028】 本発明の一つの好ましい被覆物には、水素原子によって化学的に安定化された
炭素ネットワーク、及び最終的に無定形構造となる酸素原子により安定化された
ガラス様珪素ネットワークが含まれる。理論により束縛されることを意味するわ
けではないが、フッ素が水素又は珪素のいずれかの一部と置換し置換的に取込ま
れると考えられる。本明細書で用いられる「無定形」とは、固体中での原子のラ
ンダムな構造又は配列であって、結果として規則的な秩序範囲が広くなく、結晶
化度又は粒度を欠いている配列を意味する。このような被覆物は約10オングス
トローム以上のクラスター又は配列を含まない。原子基準でのクラスターのこの
欠如は本発明の被覆物の重要な特徴である。クラスターは構造の無定形性を破壊
することができ、劣化の活性中心として働くことができる。
【0029】 本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は絶縁性であるが、具体
的な適用において必要とされる電気抵抗率に応じて、抵抗率を適応させそして調
整するために、この被覆物にフッ素に加えて一つ以上のドーパントを含めること
が好ましい。こうして、本発明はまたフッ素、炭素、珪素、酸素、水素、及び追
加のドーパントを含むフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物にも関する。
【0030】 追加されるドーパントは周期表のIb〜VIIb族及びVIII族の遷移金属
及び非金属のいずれか又は組み合わせである。さらに、珪素原子及び酸素原子は
他の元素及び化合物とのドーパントネットワークにおいても使用されうる。
【0031】 伝導性膜が好ましいときでも、非金属ドーパントを本発明の選択ドーパントと
して組み込みうる。さらに、絶縁性被覆物が望ましい場合、非伝導性ドーパント
も組み込みうる。これらには反応して非伝導性化合物となる伝導性元素も含まれ
うる。導電性被覆物が望まれる場合、導電性の元素及び化合物をドーパントとし
て使用しうる。
【0032】 それゆえ、本発明に従って、好ましい被覆物にはC−F/Hネットワーク、ガ
ラス様Si−Oネットワーク、及び任意選択的に、追加のドーパントネットワー
クが含まれる。前記の二つ又は三つのネットワークの任意の相互浸透により、本
発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で見られるあらゆる方向にお
いて均一な強度の構造物が形成されると考えられる。この構造物は約80オング
ストローム(8nm)の厚さでさえマイクロ細孔を持たない。従って、このフッ
素をドープされたダイアモンド様被覆物は極めて安定で、独自の組み合わせの化
学的性質、機械的性質、電子的性質、及び超伝導性を有する。50%もの高い金属
濃度においてさえ炭化物の形成は防止され得る(オージェ電子分光法、化学分析
用電子分光法(ESCA)、X線吸収広域微細構造分光法、及びフーリエ変換赤
外分光法(FTIR)を用いて立証される)。また、これらの被覆物の性質は、
蒸着技法及びパラメータ並びに選択されるドーパント及びその濃度に応じて広範
囲に及んで多様化させることができる。既に言及したように、この被覆物の構造
は分子レベルで調整することができる。こうして、所望の機械強度、硬度、及び
耐薬品性を備えた独自の電気的性質、光学的性質、及び他の望ましい固体の性質
を被覆物に与えることができる。
【0033】 もし必要な場合、可撓性基体にとって好ましい追加ドーパント元素はB、Si
、Ge、Te、O、Mo、W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co
、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、
及びAuであり、Ti及びWが好ましい。
【0034】 精密に刃付けされた基体にとって、金属をドープされた耐腐食性の被覆物に特
に効果的な好ましい追加ドーパント元素は、B、Si、Ge、Te、O、Mo、
W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co、Mg、Mn、Ni、Ti
、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、及びAuであり、W、Cr
、Zr、Ti及びHfが好ましい。ドーパントとして用いられうる好ましい化合
物はTiN、BN、AlN、ZrN、及びCrNであり、TiN及びZrNが最
も好ましい。
【0035】 電気外科用器具にとって好ましい追加ドーパント元素は、B、Li、Na、S
i、Ge、Te、O、Mo、W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、C
o、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag
、及びAuであり、W、Cr、Zr、Ti及びHfが最も好ましい。好ましいド
ーパント化合物にはTiN、BN、AlN、ZrN、及びCrNが含まれ、Ti
N、AlN、及びCrNが最も好ましい。
【0036】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の電気的性質は多様であり、被覆
物の性質を維持しながら、約10-2から 約1015オーム−cmの最適抵抗度を
付与することができる。ある3−ネットワークのナノ複合体ネットワークにおい
て、電気抵抗がない超伝導状態への転移が低温で観察される。
【0037】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の炭素含量は被覆物の約40原子
%より大きい、例えば約40から約98原子%であり、より好ましくは約50か
ら約98原子%であることが好ましい。。フッ素をドープされたダイアモンド様
被覆物のフッ素含量は、炭素濃度の少なくとも約1原子%から約40原子%まで
であるのが好ましい。このような被覆物は理論的には水素がなくとも調製されう
るが、水素含量が炭素濃度の少なくとも約1原子%から約40原子%までである
ことが好ましい。珪素、酸素、及び(もしあるならば)ドーパントの合計は被覆
組成物の約2原子%より大である。一つの好ましい態様において、炭素原子対珪
素原子の比は約4:1から約9:1であり、炭素原子対フッ素原子の比は約1.1
:1から約2.5 :1であり、炭素原子対水素原子の比は約1.1 :1から約2.5 :
1であり、珪素原子対酸素原子の比は約0.6 :1から約1.7 :1であり、そして
ドーパント対炭素原子の比は約0:1から約1.5 :1である。この態様は可撓性
基体に好ましい。別の好ましい態様の一つにおいて、炭素原子対珪素原子の比は
約2:1から約8:1であり、水素原子対炭素原子の比は約0.01:1から約0.4
:1であり、珪素原子対酸素原子の比は約0.5 :1から約3:1であり、そして
ドーパント対炭素原子の比は約0.1 :1から約1.5 :1である。従って、この被
覆物には1部の炭素毎に、約0.01から約0.4 部の水素、約0.125 から約0.5 部の
珪素、及び約0.0375から約1.0 部の酸素が存在する。このような組成物において
、もしドーパントが含まれるならば、金属をドープされた被覆物に付与される所
望の性質に応じて、1部の炭素毎にドーパントは約0.01から約1.5 部存在するこ
とになる。この態様は精密に刃付けされた基体及び電気外科用器具に好ましい。
【0038】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の密度は約1.8 から約2.1 g/cm3 まで変化する。残りの空間は約0.28から約0.35 nm までの直径をもつナノ細孔の
無秩序のネットワークにより占められる。このナノ細孔ネットワークは固まり又
はマイクロ細孔を形成しない。次いで、フッ素をドープされたダイアモンド様被
覆物の性質はドーパントを添加することにより調整されうる。このドーパントは
不規則な形式でナノ細孔ネットワークを満たし、最終的には、50原子%もの高
い濃度の場合でさえ固まり又は微結晶粒子を含まない、一定のドーパント濃度の
さらなるネットワークを生ずる。約10原子%より低い濃度で、ドーパントはダ
イアモンド様基質のナノ細孔中に別々の原子として分布する。この準無秩序構造
におけるドーパント原子間の平均距離はドーパント濃度により制御することがで
きる。ドーパントの元素又は化合物の相対濃度が約20〜25原子%に達すると
、ドーパントはフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物中で第三のネットワ
ークを形成する。
【0039】 本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、可撓性基体上に抵抗
器及びキャパシターを作製するのにとくに有用である。この被覆物はMCM処理
に組込まれる得るだけでなく、良好な性能、優れたサイズ対重量比を与え、写真
製版によりパターニングすることができ、そして多層化能をも有する。この被覆
物の厚さ及びパターニングならびに炭素、珪素、水素、酸素、フッ素、及び任意
の追加ドーパントの割合は、目的とする特定の装置に合うように調整される。こ
の被覆物は、多様な可撓性基体、特に、好ましくは約100℃より高いTg、最
も好ましくは約150℃より高いTgをもち、優れた接着性と低い膜応力とを備
えた親水性又は疎水性の熱可塑性ポリマーなどの重合膜に対して蒸着することが
できる。この重合膜はポリイミド、ポリエステル、ポリテルミド(polythermide
) 、ポリアミド−イミド、ポリエチレンテレフタレート、カプトン(登録商標)
(デュポン社、デラウェア州、ウィルミントン)、マイラー(登録商標)(デュ
ポン社、デラウェア州、ウィルミントン)、アルテム(登録商標)(ジェネラル
・エレクトリック社、マサチューセッツ州、ピッツフィールド)、及びトルロン
(登録商標)(アモコ・パフォーマンス・プロダクツ社、ジョージア州、アルフ
ァレッタ)からなる群より選択されることが好ましい。ダイアモンド様被覆物に
おける金属ドーパント及びフッ素の含有量を調整できることにより、多様な可撓
性基体材料に適合した被覆ができる。
【0040】 本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は剃刀刃などの精密に刃
付けされた器具用の被覆物としても特に有用である。一つの態様において、図9
は本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された精密に刃付
けされた先端24を備えた剃刀刃18の拡大断面図を示す。図9において、基体
20、即ち鋼の剃刀刃はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の層21で
被覆される。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の薄い被覆物22がフッ
素をドープされたダイアモンド様被覆物21の上に蒸着される。
【0041】 図10は、内層23で被覆された基体20を含む精密に刃付けされた先端24
を備えた被覆された刃19を示す。次いで、内層23はフッ素をドープされたダ
イアモンド様被覆物21で被覆され、21は最終的にPTFE被覆物22で被覆
される。この内層は、珪素、炭化珪素、バナジウム、タンタル、ニオビウム、モ
リブデン、及びそれらの合金の単独又は互いの組み合わせから選択される材料の
薄層である。この内層は約50から約500オングストロームの厚さで蒸着され
る。PTFEは約10オングストロームから約1000オングストローム、好ま
しくは約25から約75オングストロームの厚さで蒸着される。
【0042】 一つの態様において、刃は剃刀へと組立てられる。図11は、使い捨て剃刀2
5の頭部部品26に組み込まれた図9の刃18を示す。頭部の開口部27は髭剃
り面から屑を通過させる。従って、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド
様被覆物で被覆された刃が2枚刃又は1枚刃の補充用などの刃として製造され、
あるいは剃刀完成品に組込まれうる。
【0043】 精密刃を保存する本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物には多
くの用途が存在し、金属及び非金属、電気外科用器具、剃刀の刃、工業用具若し
くは非工業用具、刃物類、ナイフ、ポケットナイフ、及び腐食及び/又は侵食の
攻撃をうけ易くかつ鈍化する精密に刃付けされた基体すべての被覆物を含むが、
これらに限定されない。
【0044】 さらに本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、参照により本
明細書にインコーポレートされる米国特許第5,197,962 号及び第5,549,604 号に
記載された電気外科用刃などの電気外科用器具のための被覆物としてとくに有用
である。
【0045】 さらに、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、二極鉗子、腹腔鏡器
具、歯科用ブラケット、及びカテーテルなどの生物医学装置等の他の装置を被覆
するために用いられうる。
【0046】 所望の物理学的性質を付与するために、同一もしくは異なる(化学的内容に基
づいて)多層のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を単層又多層で用い
ることが意図される。例えば、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、
所望の性質を付与するために金属か又は非金属の追加ドーパントを含むフッ素を
ドープされたダイアモンド様被覆物で積層してもよい。
【0047】 接着性を改善するため、従来型のダイアモンド様被覆物(「DLC」)は基体
とDLC被覆物との間にしばしば内層を有する。しかし、この内層はDLC被覆
物の有用な厚さを制限する。もしDLC被覆物が厚すぎると、層間剥離が起こる
。驚くべきことに、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を用い
ると、接着性が非常に良く、内層を必要としない。その結果、基体からの層間剥
離の危険性にさらされることなく被覆材料をより厚く塗布し得る。Si−Oネッ
トワークの低い固有応力によって、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物
のより厚い層を塗布でき、この能力がフッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物で被覆された基体のすぐれた腐食耐性に貢献すると考えられる。もし必要なら
ば、内層にフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を用いてもよい。フッ素
をドープされたダイアモンド様被覆物は、基体ならびに内層に対する適合性及び
接着性を最適化するようドーパントを添加しうるため、フッ素をドープされたダ
イアモンド様被覆物の調整可能性が内層に対するフッ素をドープされたダイアモ
ンド様被覆物の良好な接着性をも保証する。このような「調整」はドーパント濃
度ならびに特定のドーパントを増やしながら変更することにより達成される。ド
ーパントが含まれない場合でも、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は
その性質を変更させうる。化学的組成物の変更に加えて、温度や圧力(これらに
限定されない)を含む蒸着条件を変更することによってもフッ素をドープされた
ダイアモンド様被覆物の性質の変更を達成することができる。従って、フッ素を
ドープされたダイアモンド様被覆物は金属含有基体及び非金属含有基体の両方に
よく接着する。
【0048】 精密に刃付けされた基体及び可撓性基体に塗布されるとき、本発明の被覆物は
、優れた接着性に加えて、追加ドーパントなしに極めて高い絶縁耐力、低い誘電
定数、低い表面エネルギー、及び高い水接触角を有する。追加ドーパントを含ま
ない被覆物は1 MV/cm を超え、4 MV/cm もの高さにもなる絶縁耐力を有する。こ
の被覆物は2.5 もの極めて低い誘電定数を有する。この被覆物は19.6ダイン/cm
もの極めて低い表面エネルギーを有する。この被覆物は101 °もの高い水接触角
を有する。この被覆物の高い水接触角により可撓性基体の表面が疎水性になる。
【0049】 可撓性基体に塗布されるとき、この被覆物は電気的性質において優れた熱安定
性を有する。被覆物の誘電定数は−173 ℃から177 ℃の温度範囲で変化しない。
この温度範囲には−25℃から125 ℃の軍事用温度範囲が包含される。
【0050】 本発明の電気外科的器具のためのフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物
には、上記の追加ドーパントを含めることが好ましい。このような被覆物は好ま
しくは約1から約1000オームのインピーダンス、約10-2から約1015オー
ム−cmの被覆物の抵抗度を有する物品を形成する。また、このような器具のこ
の被覆物は、好ましくは約19から約29ダイン/cm、最も好ましくは約24
から約26ダイン/cmの表面エネルギーを有する。この被覆物の水接触角は約
80°から約101°が好ましい。
【0051】 酸素により安定化されるガラス様珪素の存在は、被覆物の内部応力を低減し、
それにより基体への直接的な接着性を強化し、ならびに高温での黒鉛炭素の成長
を防止し、金属含有被覆物における金属の固まりの形成を防止することに役立つ
。これは、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の基体材料に対
する優れた接着性をもたらすらしい。
【0052】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で見られる低い固有応力はその耐
腐食性に貢献する。被覆物は腐食性試薬に対して無反応でなければならないだけ
でなく、腐食性試薬と保護された基体との間の接触を防止する遮断層としても作
用すべきである。従来のDLC膜はしばしば高い固有応力を有し、その結果、ピ
ンホールや全面的多孔性を被る。本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様
被覆物は比較的低いその応力のため孔が生じない、従って化学的攻撃及び浸透に
耐性がある。
【0053】 本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、従来のダイアモンド
様材料の熱安定性をはるかに凌ぐ熱安定性を有する。結晶ダイアモンドは黒鉛化
が起きる約1100℃まで安定である。石英は1470℃まで長期の熱安定性を有し、17
00℃まで短期の熱安定性を有する。従来の非合金ダイアモンド様膜は黒鉛化が起
きる前の約600 ℃までしか安定でない。合金のDLC膜はきわめて熱安定性が悪
い。対照的に、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は1250℃ま
で長期の安定性を有し、2000℃まで短期の安定性を有する。従って、本発明の被
覆物の熱安定性は結晶ダイアモンドの熱安定性を凌ぎ、無定形のダイアモンド様
状態を保存する。
【0054】 約600 ℃から約1000℃の範囲で、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆材
料の炭素基質の化学結合は部分的にsp3 からsp2 へと変化する。しかし、一
般的構造とその「ダイアモンド様」性質は保存される。対照的に、同様な条件下
において、従来のDLCは黒鉛化しダイアモンド様性質を失う。さらに、400 ℃
から500 ℃の範囲において(好ましくは430 ℃)、逆の焼きなましが観察され、
それによりsp3 対sp2 の比が増化する。黒鉛化炭素はDLCより導電性が高
いため、絶縁性質を保存するために炭素の黒鉛化を阻害することが極めて重要で
ある。従って、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の熱安定性は本発明
の絶縁被覆物にDLC被覆物に優る顕著な利点を付与する。
【0055】 本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の別の利点はそれらの硬
度と耐久性である。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物、特に金属をド
ープされた被覆物は高い微小硬度と弾性を結合させる。こうして、本発明のフッ
素をドープされたダイアモンド様被覆物の微小硬度は約5から約32GPaに及
ぶ。
【0056】 本発明はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された基体を製造
する方法をも含む。本方法は、真空被覆室に基体を置く工程、及び炭素、珪素、
酸素、水素、及びフッ素のイオン、原子、又はラジカルから成る固まりのない粒
子ビームの共蒸着により炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むダイアモン
ド様組成物を基体上に蒸着する工程を含み、各粒子種の平均自由行路がその粒子
源と基体の成長する粒子被覆表面との間の距離を超える方法である。
【0057】 より具体的には、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、関
連元素のイオン、原子、又はラジカルの固まりのないビームによる共蒸着を経て
合成され、その工程において、各粒子種の平均自由行路はその粒子源と基体の成
長する粒子被覆表面との距離を超えるものであり、各ビームは充分に規定された
エネルギーの粒子を含むものである。炭素を含有する粒子ビームはプラズマトロ
ンでプラズマ放電により作成することができ、これを真空室で高電圧場により荷
電粒子として分離し、基体に向ける。
【0058】 少なくとも50%の炭素含有粒子が約100eV を凌ぐ運動エネルギーを有する。成
長中の基体温度は500 ℃を超えるべきでない。
【0059】 図5は、被覆物の蒸着工程に使用される被覆室の一つの好ましい態様を示す。
真空蒸着室1は基体試料を被覆するために提供される。前駆体の注入口系13は
金属チューブと液体の前駆体が射出される多孔性のセラミック材料とを含む。
【0060】 この前駆体はC、Si、H、O、及びFの前駆体として有用な任意の化合物で
ある。有機珪素化合物はC、H、Si、O、及びFの好ましい前駆体である。一
つの好ましい有機珪素化合物は液体のポリトリフルオロプロピルメチルシロキサ
ンである。特に好ましい前駆体はポリ−3,3,3−トリフルオロプロピルメチ
ルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体である。
【0061】 前駆体の注入口系13は室の基板11により前記室に組み込まれることを示す
。熱陰極2は抵抗により加熱されるタングステンフィラメント4を含む。フッ素
をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆される基体5は基体ホルダー6に付
着される。電源8(DC又はRF)は基体にバイアスを掛けるために使用される
。実際には、この系は通常の真空ポンプダウン手法を用いて「ポンプダウン」す
る。ポート7に位置するゲートのバルブ(示されていない)を閉め、室が大気圧
に達するまで、乾燥した空気、窒素、又はアルゴンで満たす。次いで、室のドア
9を開き、被覆される基体5は任意の多くの可能な方法(ばね、クリップ、ねじ
、留め金等)を用いて基体ホルダー6に付着させる。特別な形態の基体には特別
な取付具を必要とする。基体ホルダーは、作動中に、中心のドライブシャフト1
0の軸周りと10に垂直なそれ自体の軸との両方を回転させるシリンダー試料(
示されていない)も握るように設計される。この方法では、シリンダーの軸は1
0の軸に垂直となるであろう。
【0062】 基体を入れると、室のドアを閉め、室を真空排気し、ゲートのバルブを開いて
、システムの圧を少なくとも10-5から10-6トルまで下げる。これはシステム
の底面圧の望ましい範囲である。上記の底面圧に達すると、室圧が約5x10-5 から1x10-3トル、好ましくは約1〜3x10-4トルに達するまで、ニードル
弁又は質量流量制御器を介してアルゴンガスを室に導入する。この時点で、フィ
ラメント電流、フィラメントのバイアス、及び電磁石の電源を入れる。フィラメ
ント電流は熱陰極(フィラメント又は陰極とも呼ばれる)を通る電流である。フ
ィラメントのバイアスはフィラメントにかける一定の浮動電圧(接地に関して約
−150V)である。プラズマ電流はフィラメントと基板又は接地との間の電流
として測定する。この電圧はフィラメントにより放出される電子を基板11へ移
動させる場を提供する。電磁石の電源は電磁石に電流を供給し、電磁石は磁場を
生成し、結果としてらせんとなる電子軌道を生じ、電子軌道の長さを増大させ、
前駆体の蒸発により生じる気化分子と電子との衝突の確率を改善する。同時に基
体のバイアスの電源を入れる。
【0063】 これらの電源を入れると、蒸着前の基体の洗浄に用いられるアルゴンガスが生
じる。必要な洗浄時間の後、前駆体の供給が開始される。これらの前駆体は1か
ら10個の珪素原子を有することが好ましい。好ましい前駆体はフッ化シリコン
であり、ポリ−3,3,3−トリフルオロプロピルメチルシロキサン−(50%)
ジメチルシロキサン共重合体が特に好ましい。この前駆体は、熱フィラメントに
より加熱されるマイクロ細孔セラミックのディスペンサー又は金属のディスペン
サーを用いて活性プラズマ領域に直接導入される。前駆体は不活性ガス(供給ガ
スとしてアルゴン)ならびにメタン、アセチレン、及びブタン(ただしこれらに
限定されない)などの活性ガスの両方である他のガスと混合され得る。熱フィラ
メントの光子及び電子の放出は前駆体の断片化とイオン化を生じる。
【0064】 前駆体の流れはニードル弁により制御され、室と外気の間の圧力差により生じ
る。室内の前駆体の流れと蒸発が安定すると、アルゴンガスの流れがとまる。イ
オン化された前駆体の蒸気は安定なプラズマを形成し、プラズマからのイオンは
基体のバイアスにより基体のホルダーへと加速される。こうして、フッ素をドー
プされた膜の蒸着が起こる。
【0065】 前駆体はまた、当分野で知られる流れ制御器、加熱器、及びディスペンサーか
らなる液体−蒸気輸送系を用いて前記システムに導入される。液体−蒸気輸送系
は、真空技術の分野で知られる従来型の在庫のある部品である。前駆体を容器に
貯蔵しフラッシュ蒸発器に輸送する。この前駆体をフラッシュ蒸発し蒸気とする
。前駆体の蒸気の流速を正確に制御するために質量流量制御器を使用する。必要
はないが、アルゴンなどの混合ガスを前駆体の蒸発を助長するために用いること
ができる。液体輸送系の場合、電子源は前駆体輸送系から分離した熱フィラメン
トである。
【0066】 高真空は、室を機械ポンプで大まかに下げた後、高真空ポンプで排気すことに
より、達成される。ポンプは拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、極低温ポンプ、又
は真空技術の分野で知られる他の高真空ポンプであることができる。被覆物は、
小容量のためには、バッチ工程で本発明の工程で蒸着される。このような例では
、蒸着室内で基体を基体ホルダーに載せ、室を真空排気し、蒸着を行い、室を排
気した後、被覆された基体を取り出す。
【0067】 大容量の場合は、本発明の工程は空気−空気系で実施することができる。この
ような空気−空気系は、洗浄、蒸着室への部品の輸送、及び基体ホルダー上に該
部品を機械/ロボットで載せる。この後、基体ホルダーを負荷ロック室(load-l
ock chamber )に入れ、蒸着室へ入れ、被覆する。被覆後、基体ホルダーを蒸着
室から取り出し、負荷ロック室に入れた後、大気中に出す。被覆対象である基体
は基体ホルダー上で回転させたり、傾けたり、又は他方向に向けたりでき、また
、他の工程中に操作してもよい。
【0068】 基体は基体ホルダーに載せるている間中回転させたり、傾けたり、振動させた
りしなければならない。粒子又は屑の蓄積及び基体表面の汚染を最小限にするた
めには垂直方向が好ましい。基体表面に蒸着される粒子及び屑を最小限にするた
めに蒸着室は低乱流真空ポンプを用いて真空排気される。
【0069】 アルゴンイオン洗浄はグロー放電洗浄によっても成し遂げられる。グロー放電
洗浄では、室圧が10-3トルの範囲になるまでアルゴンガスを導入する。グロー
放電はRF又はDCにより励起される。放電中、約0.03から約5.0 kVの基体バイ
アスを使用することができる。RFの周波数は90〜450kHzの範囲である
【0070】 カウフマン型のイオン源、RFコイル、及びRF平行板を含む(ただしこれら
に限定されない)蒸着被覆の分野で知られる他のイオン源はイオン生成にも使用
され得る。カウフマンのイオン源及び前駆体の液体輸送系からなる蒸着系はこれ
らの被覆物を精密刃に蒸着するために使用されうる。カウフマンのイオン源は不
活性ガス又は前駆体ガスで作動されうる。カウフマンのイオン源は不活性ガスで
作動され、前駆体ガスは個別に蒸着室に導入されることが好ましい。カウフマン
のイオン源は、衝撃が増大し、硬いダイアモンド様被覆物が生ずるように充分に
高いビーム電圧で作動される。カウフマンのイオン源は、400から1500V
の範囲、好ましくは800から1200Vの範囲のビーム電圧で作動される。ア
ルゴンイオンのエッチングに加えて、アルゴンガスと酸素ガスなどの少量の反応
性ガスを導入することにより他のプラズマ洗浄を実施することができる。イオン
洗浄工程は、基体に蒸着された被覆物の接着性を改善し、ならびに炭化水素の汚
染及び他の汚染を効果的に除去することが見出された。
【0071】 追加ドーパント物質の共蒸着は下記のように実施される。基準圧に達した後、
磁電管へのアルゴンの流れが始まり磁電管8の電源を入れる。基体がスパッタリ
ングにより洗浄される間、シャッター12が蒸着を防止するために用いられる。
洗浄が完了すると、シャッター12を開き、所望の電力レベルでスパッタリング
を実施する。これは、どの種類の被覆物の構造及び組成が望まれるかに応じて、
被覆物の蒸着の開始前、被覆物の蒸着中、被覆物の蒸着後、又は被覆物の蒸着中
に断続的に起こしうる。DC又はRFのスパッタリングを用いて、あらゆる種類
の材料(金属、セラミックス、合金等)を共蒸着用に使用することができる。
【0072】 被覆物の成長条件は図3を参照して述べれば以下の通りである。プラズマ生成
の活性ゾーン2圧力が約1.0 x10-3から約5.0 x10-2トルの範囲のにあると
き、蒸着室1の圧力は10-3トルを超えるべきではない。陰極フィラメントの温
度が約2100から約2950℃の範囲にあるとき、基体の温度は約200℃を
超えるべきでない。フィラメントを横切る電圧が約20から約30Vであるとき
、陰極フィラメントの電流は約70から約130Aである。プラズマ電流は約0.
5 から約20.0Aであるとき、接地に関する電圧は約70から約130Vである。
炭素を含有する全種類及びSiを含有する全種類がそれぞれ約100から約12
00eV及び約25から約300eVの範囲の運動エネルギーを有するとき、基
体ホルダーの電圧は約0.1 から約5.0 Kvである。金属ビームは自由原子又は単原
子イオンからなる。金属原子/イオンの運動エネルギーは約25eVを超えない
。前駆体の流速が約0.5から約5.0cc/時間のとき、被覆物の成長速度は
約0.1から約2.0マイクロメーター/時間である。
【0073】 ほとんどの適用に対する作動の好ましい範囲は約1〜3x10-5トルの圧力
、約1アンペアのプラズマ電流、約60から75アンペアのフィラメント電流、
約600から約1000Vの直流の基体電圧、又はRFモードで約100Wの前
進力である。RF形式の好ましい周波数は約90から約300KHzである。好
ましい磁電管力は、被覆物に望まれる材料の型、組成、及び構造に依存する。
【0074】 さらに好ましい態様において、図3に図示するように、蒸着の好ましい方法は
、炭素の約5Kwh/g原子を超えるプラズマエネルギーの密度を用いる三極管
のプラズマトロンでのプラズマ放電を使用する。荷電粒子が真空室で高電場によ
り分離され基体上へと向かう。基体ホルダーの電位は約−0.3から約+5.0
Kvが好ましく、最も好ましくは1.0+/−0.2Kvであり、約0から約2
5MhzのDC及び約90から約300KHzのRFの範囲の周波数に応じて変
化する。プラズマトロンにおける炭素前駆体の流れに対する電子放出の比は1粒
子につき約0.5から約1.5個の電子である。
【0075】 ドーパントを含むビームの形成は、下記の方法、即ち1)熱蒸発;2)イオン
・スパッタリング;及び3)イオンビームのいずれか一つ又は組み合わせにより
実現する。ドーパントを含むビームは、蒸着室自体での粒子間衝突を排除するた
め、真空室を通って成長中の被覆表面上に直接向けられる。図3に図示するよう
に、基体は回転する基体ホルダー上の隣室に置き、前記ホルダー(例えばドラム
)は二重回転運動を確実にし、前記隣室は原子又はイオンのビームの放出のため
の開口部によりプラズマ生成室に接続される。別法として、プラズマ生成は基体
を含む室内で実施してもよい(図5)。DC又は高周波の電位は一般に蒸着工程
中に基体に適用される。基体の外部加熱は必要としない。
【0076】 上述のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の蒸着方法の有用な変形に
は、Si及びOの前駆体としてのスパッタリングされた珪素及び酸素ガスの使用
、Si及びOの起源としての固体のSiO2 の使用、Si及びOの起源としての
SiH4 及び酸素含有ガスの使用、C、F、及びHの起源としての黒鉛標的、水
素、及びフッ化炭素のガスの使用、F、C、H、Si、O及び金属の起源として
の金属含有フッ化シリコン化合物の使用、C、F、H、Si、及びOの起源とし
てのフッ化シリコン化合物と金属の起源としての金属有機化合物との併用、炭素
及び水素の前駆体としてのスパッタリングされた炭素及び水素又は炭化水素ガス
の使用、フッ素前駆体としてのフッ化有機珪素の使用、又はそれらの組み合わせ
が含まれる。被覆物の蒸着はRF容量結合放電(CCD)によっても実施されう
る。
【0077】 フッ化シリコン又は他の前駆体は、個別に加熱されたマイクロ細孔セラミック
もしくは金属のディスペンサー又は先述した液体蒸気射出系の一つのどちらかに
より導入されうる。前駆体は、典型的には10-2トルの範囲の蒸着圧を達成する
ため、供給ガスとしてアルゴンなどの不活性ガス又はメタン、アセチレン、及び
ブタンを含む(ただしこれらに限定されない)活性ガスの両方の他のガスと混合
することができる。単一板又は平行板の配置を使用することができる。基体は前
記板の1つと付着させる。次いで、RF又はPDC電圧をかける。容量性RF放
電の場合、RFの周波数は100kHzから100Mhzの範囲である。他の方
法では、大きなRFアンテナを室内に設置し、放電を励起する。このアンテナは
銅、ステンレス鋼、又は当技術材料の他の既知の状態から製造することができる
。スパッタリングを防止するため磁器などの保護被覆物をアンテナの表面に適用
することができる。
【0078】 プラスチックなどの非伝導性の基体上への蒸着に関して、中性ラジカルの流れ
が高電圧標的から反射し基体へと向かう方法を図4に図示する。この工程では、
反射電極が中性ビームを生成するために使用される以外は図3に示すものと同じ
蒸着を用いる。この工程は、成長中に基体上に当たる荷電した及び/又は速い粒
子から生じる基体の表面損傷をなくす。
【0079】 超薄絶縁性被覆物を蒸着するための好ましい方法には、蒸気(約3x10-4
トル)により再充填された真空室を通るイオン衝撃(例えば、約30から約15
0eVの範囲のエネルギーを有するAr+ 又はK+ )を含む。これは被覆物の自
己安定化成長をもたらし、最大の厚さは吸収されたラジカルの電荷の緩和のため
の最大トンネル距離により制御される。
【0080】 本発明の被覆物を蒸着するために選択可能な方法はRF容量放電である。
【0081】 さらに他の好ましい態様では、本発明は抵抗器を製造する方法に関する。この
方法はダイアモンド様炭素、珪素、水素、酸素、フッ素、及び金属を含む被覆物
を蒸着する工程及び実施例18に記載するように蒸着された被覆物をパターニン
グする工程をさらに含む。
【0082】 他の好ましい態様において、本発明はキャパシターを製造する方法に関する。
この方法は金属底面電極を蒸着する工程、ダイアモンド様炭素、珪素、水素、酸
素、及びフッ素を含む被覆物を蒸着する工程、及びパターニングされた上部の金
属電極を蒸着する工程をさらに含む。金属底面電極はTi、Al、Cr、Mo、
Ta、Ti/Pt/Tiなどの金属又は当分野で知られる他の電極金属であろう
。上部の電極物質はAu、Ag、Al、Cu、Pt、Pd、又は当分野で知られ
る他の電極金属であろう。当分野で知られる単純なシャドー・マスキング又は石
板印刷パターニングにより上部の金属電極をパターニングすることができる。
【0083】 極めて均一でナノ細孔の超薄絶縁性フッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物が本発明に従って蒸着されうる。蒸着された被覆物の厚さには、理論上、上下
限はない。現存技術及び入手可能な装置により、原子スケールでの複合被覆と通
常約1μmから約10μmの範囲の被覆物の厚さが可能になった。電気外科用器
具では約0.5μmから約5μmの範囲の被覆物の厚さが有用であり、蒸着され
た被覆物の好ましい厚さは約2μmから約3μmである。可撓性基体では、被覆
物の厚さが0.005 μmから10μmの範囲であることができる。鋭利な刃を適切
に保護するために蒸着されるフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の厚さ
は基体の性質に依存する。非常に小さく鋭利な刃は約5nmから約150nmの
被覆物を必要とするに過ぎないが、一方、他の物品は数マイクロメーター(ミク
ロン)の厚さの保護化フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を必要としう
る。従って、上述した本発明の被覆物は、被覆対象である精密に刃付けされた基
体の必要な適用のみに応じて約5nmから約12μm、好ましくは約20nmか
ら約12μmの範囲の厚さで、選択される精密に刃付けされた基体上に又はもし
必要であれば中間層上に蒸着してもよい。
【0084】 以下の実施例は本発明をさらに説明するために役立つものであって、本発明を
制限するものと解釈すべきでない。
【0085】 実施例 実施例1 剃刀刃上へのフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の蒸着 一組の2000枚の剃刀刃の両面をフッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物で被覆した。この剃刀刃を刃のへりが蒸着源と向かい合う(刃がビームに対し
て平行を保つ)ように鋼固定具の上に載せた。蒸着は1.8 x10-4トルの圧力、1.
0 〜1.1 アンペアのプラズマ電流、及び630 VのDC基体バイアスで実施した。
この蒸着は44分間行った。プラズマトロンの開始及び停止の間、基体を遮蔽す
るためにシャッターを用いた。0.13マイクロメーター/時間の蒸着速度で試験を
操業し、平坦部を蒸着ビームに面するように保った刃の表面上に920オングス
トローム(0.092マイクロメータ)の被覆物厚さで蒸着した。刃の最先端の
厚さは約300〜500オングストロームであった。
【0086】実施例2 剃刀刃上へのフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の蒸着(1 2分の蒸着時間) 一組の2000枚の剃刀刃の両面をフッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物で被覆した。剃刀刃は刃のへりが蒸着源と向かい合うように鋼固定具の上に載
せた。蒸着は1.5x10-4トルの圧力、0.5 アンペアのプラズマ電流、及び570 V
のDC基体バイアスで実施した。蒸着は0.5マイクロメーター/時間の蒸着速度
で12分間行った。平坦な表面上に1060オングストロームの厚さで被覆した
。刃の先端の被覆物の厚さは約350〜550オングストロームであった。この
被覆物はナノ刻み目による測定で6.5 GPaの硬度を示した。
【0087】実施例3 剃刀刃上への追加ドーパントを含むフッ素をドープされたダイアモン ド様被覆物の蒸着 下記の室条件の下で、さらにチタンをドープされたフッ素ドープダイアモンド
様被覆物で別の刃を被覆した。チタンのドーピングが10から20%で、RFバ
イアス周波数が200KHz、基体バイアスが350V、前進電力が65から8
0Wだった。平坦な表面上に750オングストロームの厚さの被覆物が生じた。
この被覆物の硬度はナノ刻み目による測定で4.5GPaであった。
【0088】実施例4 羊毛フェルト剃り試験 実施例1〜3の手順にしたがって被覆された刃は、刃を羊毛フェルトに対して
当て、フェルトを30回剃る(6インチの剃り長さ)ことにより試験した。剃り
試験の前後に刃のへりを光学顕微鏡で観察した。剃り試験の前後でこの被覆物は
刃のへりに良好な接着性を示した。
【0089】実施例5 カプトン(登録商標)膜へのフッ素をドープされたダイアモンド様被 覆物の蒸着 カプトン(登録商標)膜の2x2正方形の基体をシクロヘキサン中で超音波洗
浄し、窒素ガスで乾燥し、24インチの基体支持体上に載せた。珪素、ガラス、
炭素鋼、ステンレス鋼、及び擦り切れた酸化アルミニウムの基体の対照試料をア
セトン、塩化メチレン、メタノール中で洗浄し、窒素ガスで風乾し、基体支持体
上に載せた。室は8x10-5トルの最終圧力まで真空排気した。アルゴンガスを
室に導入し圧力を10-2トルまで上げた。基体は毎分7回転数で回転させた。R
F基体バイアスを使用し、この基体バイアスを350Vまで上げた。基体を上記
の条件で15分間アルゴンイオンでエッチングした。洗浄の15分後、圧力を3.8
x10-4トルまで下げた。三極管プラズマトロンは1.0 Aのプラズマ電流を生じ
るまで上げた。ポリ−3,3,3−トリフルオロプロピルメチルシロキサン−(
50%)ジメチルシロキサン共重合体前駆体をプラズマ中に直接導入した。フッ素
をドープされたダイアモンド様被覆物の蒸着は上記の条件下で60分間行った。こ
れにより0.5マイクロメーターの厚さの、基体膜に極めて接着性がある被覆物
を得た。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は、接触角測定により測定
されたとき、20.4ダイン/cmの表面エネルギーを示した。対照の珪素基体は被
覆物の絶縁性を測定するために使用した。フッ素をドープされたダイアモンド様
被覆物の絶縁耐力は1MV/cm以上であった。フッ素をドープされたダイアモ
ンド様被覆物の水接触角は91°であった。
【0090】実施例6 金属被覆されたアルテム(登録商標)膜上へのフッ素をドープされた ダイアモンド様被覆物の蒸着 金属被覆されたアルテム(登録商標)膜の2x2正方形の基体を24インチの
基体支持体上に載せた。珪素、ガラス、炭素鋼、ステンレス鋼、及び擦り切れた
酸化アルミニウムの基体の対照試料をアセトン、塩化メチレン、メタノール中で
洗浄し、窒素ガスで風乾した。対照試料も基体支持体上に載せた。基体はシャッ
ターで閉ざした。室は8x10-5トルの最終圧力まで真空排気した。三極管プラ
ズマトロンは1.0 Aのプラズマ電流を生じるまで上げた。ポリ−3,3,3−ト
リフルオロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体前
駆体をプラズマ中に直接導入した。安定化の15分後、圧力を2x10-4トルま
で上げた。基体は毎分7回転数で回転させた。基体のシャッターを除去した。R
F基体バイアスを使用し、この基体バイアスを110Vまで上げた。フッ素をド
ープされたダイアモンド様被覆物の蒸着は上記の条件下で15分間行った。これ
により0.3マイクロメーターの厚さの基体膜に極めて接着性がある被覆物を得
た。この被覆物は、接触角測定により測定されたとき、22.5ダイン/cmの
表面エネルギーを示した。対照の珪素基体は被覆物の絶縁性を測定するために使
用した。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の絶縁耐力は2MV/cm
以上であった。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の水接触角は81.
5°であった。
【0091】実施例7 金属被覆されたカプトン(登録商標)膜上へのフッ素をドープされた ダイアモンド様被覆物の蒸着 金属被覆されたカプトン(登録商標)膜の2x2正方形の基体を24インチの
基体支持体上に載せた。珪素、ガラス、炭素鋼、ステンレス鋼、及び擦り切れた
酸化アルミニウムの基体の対照試料をアセトン、塩化メチレン、メタノール中で
洗浄し、窒素ガスで風乾した。対照試料も基体支持体上に載せた。基体はシャッ
ターで閉ざした。室は8x10-5トルの最終圧力まで真空排気した。三極管プラ
ズマトロンは1.0 Aのプラズマ電流を生じるまで上げた。ポリ−3,3,3−ト
リフルオロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体前
駆体をプラズマ中に直接導入した。安定化の15分後、圧力を2x10-4トルま
で上げた。基体は毎分7回転数で回転させた。基体のシャッターを除去した。R
F基体バイアスを使用し、この基体バイアスを530Vまで上げた。フッ素をド
ープされたダイアモンド様被覆物の蒸着は上記の条件下で6分間行った。この室
を大気圧まで換気した。金属被覆されたカプトン(登録商標)基体を裏返し、非
被覆面を被覆させた。第二面も同様にして被覆した。これにより、金属被覆され
たカプトン(登録商標)膜の両面上に0.15マイクロメーターの厚さの極めて
接着性のある被覆物を得た。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物は接触
角測定により測定されたとき20.9ダイン/cmの表面エネルギーを示した。
対照の珪素基体を被覆物の絶縁性を測定するために使用した。フッ素をドープさ
れたダイアモンド様被覆物の絶縁耐力は1MV/cm以上であった。フッ素をド
ープされたダイアモンド様被覆物の水接触角は93°であった。
【0092】実施例8 金属被覆された珪素へのフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物 の蒸着 直径4インチの金属被覆された珪素基体を24インチの基体支持体上に載せた
。珪素、ガラス、炭素鋼、ステンレス鋼、及び擦り切れた酸化アルミニウムの基
体の対照試料をアセトン、塩化メチレン、メタノール中で洗浄し、窒素ガスで風
乾した。対照試料も基体支持体上に載せた。基体はシャッターで閉ざした。室は
8x10-5トルの最終圧力まで真空排気した。三極管プラズマトロンは1.0 Aの
プラズマ電流を生じるまで上げた。ポリ−3,3,3−トリフルオロプロピルメ
チルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体前駆体をプラズマ中に直
接導入した。安定化の15分後、圧力を2x10-4トルまで上げた。基体は毎分
7回転数で回転させた。基体のシャッターを除去した。RF基体バイアスを使用
し、この基体バイアスを108Vまで上げた。フッ素をドープされたダイアモン
ド様被覆物の蒸着は上記の条件下で18分間行った。これにより、0.21マイ
クロメーターの厚さの極めて接着性のある被覆物を得た。フッ素をドープされた
ダイアモンド様被覆物は接触角測定により測定されたとき22ダイン/cmの表
面エネルギーを示した。金属被覆された珪素上のフッ素をドープされたダイアモ
ンド様被覆物の絶縁耐力は3.8MV/cmであった。
【0093】実施例9 炭素、珪素、水素、及び酸素を含む被覆物とさらにフッ素を含む被覆 物との比較 この実施例は炭素、珪素、水素、及び酸素を含む被覆物とさらにフッ素を含む
被覆物との比較に関するものであった。
【0094】 被覆材料と被覆されていない材料についての幾つかの摩擦性質をピン−オン−
ディスク(POD)摩擦測定器を用いて二つの試験ステーション(系1及び系2
)(スパイア社)で測定することができる。これらの性質には摩擦係数(COF
)、耐久性、及び磨耗因子が含まれる。
【0095】 常套的な評価試験を進める前に、一連の再現性試験を行った。試験条件を以下
の表1に列挙する。この一連の試験は周囲条件で行った。被覆の前に、3つのp
−Siウェーハを10枚の1”x1”クーポンに切断した。全てのクーポンは一
回の操行中に(#657)米国特許第5,352,493 号に記載されたようにフッ素を
ドープされていないダイアモンド様被覆物で被覆した。ポリフェニルメチルシロ
キサン前駆体(ゲレスト社)をフッ素をドープされていないダイアモンド様被覆
物を蒸着するために用いた。試料の厚さは1.619 μmであった。被覆後、この試
料を清潔な容器に入れ周囲条件に 8時間さらした。接着性をテープ引っ張り試験
により測定し、2枚のクーポンで行った。接着性は全ての場合で優れていた。
【0096】
【表1】
【0097】 次に、5Nの負荷の下POD摩擦測定器中で225RPM及び10,000回転で摩
擦試験を実施した。ボール/ピンは1/4 ”−炭化タングステンであり、減摩はな
かった。スパイア社の摩擦試験器は完全に独立した2つの試験用腕を有する。f
f及びfhを除く全ての試料は系1で行われた。結果を下記の表2に示す。平均
摩擦係数(COF)は系1で0.17、系2で0.08であった。この相違は測
定誤差と考えられる。
【0098】
【表2】
【0099】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の蒸着 次に、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を基体上に蒸着した。熱フ
ィラメントで補助されたプラズマ化学蒸気蒸着(PACVD)法を用いてフッ素
をドープされたダイアモンド様被覆物を蒸着した。フッ素を含む市販の有機シリ
コン系前駆体、特にポリ−3,3,3−トリフルオロプロピルメチルシロキサン
−(50%)ジメチルシロキサン共重合体(ゲレスト社、ツリータウン、ペンシル
バニア州)が、非常に低い表面エネルギー(約20ダイン/cm)及び着氷防止
性をもつ極めて接着性のある膜を生成することが見出された。いくつかの蒸着作
業が完了した。珪素、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、テフロン(登録商
標)フッ化炭素重合体、及びチタンなどの基体上に被覆した。下記の表3は試料
の操行に利用したパラメータと条件を列挙する。
【0100】
【表3】
【0101】
【表4】
【0102】 着氷防止実験 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物とドーピングなしのダイアモンド
様被覆物(DLN)の両方で定性的着氷試験を行った。
【0103】 一滴の水道水をDLC及びフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆
されたSiウェーハの上に載せた。この試料をフリーザ(28°F)に 1時間入
れ、水滴を凍らせた。試料を取出し水滴を取除いた。水滴を取除くために要した
労力を記録した。凍った水滴はフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の表
面から容易に滑り落ちた。対照的に、氷はDLCに対して非常に良く張り付き、
最終的に解氷した。また、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆さ
れた試料を水中に浸すことにより、水がフッ素をドープされたダイアモンド様被
覆物から如何に容易に滑り落ちるかが明白に示された。被覆物を水から取り出す
と残水は玉状に付く(高い接触角)。
【0104】実施例10 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の特性決定 フッ化膜の評価を下記の表5に提示する。被覆物の製造の操行条件は実施例9
で上述される。
【0105】
【表5】
【0106】 硬度は10から12GPa の範囲であり、膜応力は−174 から−459MPaの
範囲であった。(C:H:Si:O)被覆基質へフッ素をドープするとこの被覆
物は低い固有膜応力を示し続けた。比較すると、フッ素をドープされていない被
覆物の硬度は約6から約21GPaの範囲であり、弾性率は約60〜220GP
aであった。この被覆物はある範囲の基体材料、即ち、珪素、テフロン(登録商
標)フッ化炭素重合体、ポリエチレン、チタン、ステンレス鋼、炭素鋼、及びア
ルミニウムによく付着した。低い応力と高い弾性率の組み合わせによりこの性質
が得られた。
【0107】 これらの性質は摩擦性能の重要な前兆である。多くの薄膜被覆物は、伸長性又
は圧縮性のいずれかの高い固有応力による負荷の下で応力により誘発される欠損
及び粘着破壊を受け易い。さらに、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物
は非常に平滑で基体の表面の特徴を再生した。表面の形態は摩擦係数、耐久性、
及び破損機構に極めて重要な役割を果たし、したがって本質的に平滑な膜が望ま
しい。
【0108】実施例11 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された基体のピ ン−オン−ディスク測定 被覆された基体の摩擦性質はピン−オン−ディスク(POD)試験で測定され
た。PODは非被覆部分及び他の被覆物に対する性能を基準化するのに非常に有
用である。この試験は、5Nの負荷、225RPMで、潤滑なし、及び周囲環境
(30〜50%RH)で操行した。ボールは1/4"−炭化タングステンであった。
珪素上での被覆物の摩擦係数(平均)及び磨耗因子を表6にまとめる。
【0109】 珪素(100)は原子が平滑で、非常に硬く(H=13.3GPa)、通常使
用されるため、選択された。珪素はアルミニウム(H=0.1 から1GPa)又は
軟鋼(H=3から4GPa)のいずれと比較しても非常に硬い。珪素の表面変形
はこれらの試験で用いられるヘルツ圧力における因子ではなかった。10Nの負
荷をかけてみたが、被覆物は一例を除き3000回転未満で破損した。この被覆物は
1μm未満の厚さであったが、10Nの圧力はあまりにも大きかった。5Nにお
いては、被覆物は二つの被覆物を除いて破損しなかった。例えば2si0699e の一
つの例では、被覆物の残留応力は最低応力の被覆物より2倍高かった。
【0110】
【表6】
【0111】 最も低い磨耗因子は、DLN(平均で5 x10-8mm3/Nm)と比較しても優れてい
る3.09x10-8mm3/Nmであった。フッ素をドープされた膜の磨耗因子対硬度と硬度
対バイアスの結果を図6及び図7に示す。
【0112】実施例12 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の構成要素の原子濃度 の測定 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の試料は実施例9に上述したよう
に製造した。以下の表7に重量%で示すように、これらの試料は下記の原子濃度
をもつことが決定された。
【0113】
【表7】
【0114】実施例13 金属ドーパントをさらに含むフッ素をドープされたダイアモンド様 被覆物の製造 実施例9で上述したようにフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を製造
した。次いで、チタンとアルミニウムを被覆物にドープすると、電気抵抗率が1
e+16から1e−01オーム−cmまで変化した。正確な原子百分率は測定し
なかった。いくつかのフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の表面エネル
ギーを表8に示す。ガンマcは臨界表面エネルギーであり、ガンマdは表面エネ
ルギーの分散成分であり、ガンマpは表面エネルギーの極性成分である。被覆イ
ンピーダンスは表9に示す。
【0115】
【表8】
【0116】
【表9】
【0117】 環境的安定度 珪素ウェーハ(1”x3”)上に蒸着されたTi−DLN被覆物(試料番号:
3si0642 及び3si0641 )を流動オートクレーブ装置に入れた。この被覆物を10
0分間250°Fにさらした。被覆物の剥離は観察されず、被覆物は耐傷性のま
まであった。
【0118】実施例14 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の表面エネルギーの測 実施例9で上述したように調製されたフッ素をドープされたダイアモンド様被
覆物の表面エネルギーを測定した。これを図8に示す。γc は臨界表面エネルギ
ー(1mN/mは1ダイン/cmに等しい)、γd は表面エネルギーの分散成分
であり、γp は表面エネルギーの極性成分であり、γc =γd +γp である。
【0119】実施例15 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を用いる金属−絶縁体 −金属ヘテロ構造の設計のための電気的パラメータの決定 金属−絶縁体−金属(MIM)多層の設計が抵抗率及び誘電測定のため本研究
で利用された。MIMはアルミめっきされたガラスの基体上に製造された。底部
の金属層は連続層で普通の電極として働いた。底部の電極の厚さは0.2 から0.5
μmの間で磁電管スパッタリングにより蒸着された。Al、Cr、Ta、Mo、
及びAuなどの金属が、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物と安定なオ
ーム接触を形成できるそれらの能力に基づいて使用された。疎水性をもつ絶縁被
覆物として、底部の電極の上に追加ドーパントを含まないフッ素をドープされた
ダイアモンド様被覆物が蒸着された。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物の層は厚さが0.09から0.52μmの範囲であった。フッ素をドープされたダイア
モンド様被覆物の層の上部に上部電極として銀のドットを作成した。
【0120】 電極ワイアを銀塗料を用いて付着させ、10から30分間乾燥させた。フッ素
をドープされたダイアモンド様被覆物の静電容量構造の電流−電圧(I−V)試
験は、6517ケイスリー電位計及びケイスリーモデル8002a試験備品(ケイスリー
・インスツルメンツ社、クレーブランド、オハイオ州)を用いて行った。モデル
6517は、外部温度、外部相対湿度、抵抗率、電圧、及び電流の測定を含む多くの
測定能を備えた6 1/2 −ディジット電位計/高抵抗系である。この電位計はフェ
ムトアンペア感度及び内臓された1000Vの電源を有する。モデル6517は、電
流が平衡に達するようにプログラムされた時間の間テスト電圧がかけられる「バ
イアス−測定」順序を自動的に実行する。次いで、平衡すると所望の電圧で測定
がなされる。試験備品は、表面抵抗及び体積抵抗を測定するために安全装置がつ
けられ、モデル6517電位計/高抵抗系の測定能を維持するよう設計される。
モデル8002aは1015オームもの高さの抵抗を測定できる。5Vの名目電圧
における電流−電圧測定から、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の抵
抗率を測定した。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の破損特性を決定
するため、漏洩電流を、増大する適用電圧の関数としてプロットした。試料8に
ついて、抵抗率測定を8回繰り返し、平均した。表10では、このプログラムの
下で蒸着されたフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の抵抗率を、対応す
る厚さ及び%抵抗変化と共に列挙した。
【0121】
【表10】
【0122】 ほとんどの被覆物は1010オーム−cm以上の抵抗率を示した。被覆物の中に
は1015オーム−cm範囲の抵抗率を示すものもあった。高抵抗率膜の全てが疎
水性でもあり、水接触角は85から94°の間であった。一つの被覆物(操行番
号653)だけが106 オーム−cmの範囲の抵抗率を示した。この特定の被覆
物は、1010オーム−cm範囲の抵抗率とするための試みとして通常と異なる蒸
着条件の下で蒸着した。
【0123】 絶縁耐力は上記のように電流−電圧測定から測定した。0.79から3.14mm2
範囲の試料面積に対して測定を行った。データの整合性のために複数回の測定を
試料に対して行った。「バイアス−測定」順序及び交互極性法を測定に用いた。
表11では、このプログラムの下で蒸着されたフッ素をドープされたダイアモン
ド様被覆物の一部の絶縁耐力を、対応する厚さ及び測定面積と共に列挙する。
【0124】
【表11】
【0125】 絶縁耐力を試験した6種の被覆物の中で、4種は1MV/cm以上の絶縁耐力
を示した。これらの4種のうち、試料655と試料711は2.9から4.5M
V/cmの範囲の絶縁耐力を示した。しかし、試料655は測定領域に対する絶
縁耐力の依存性をも示す。これは、ピンホール又は粒子などの被覆物中の欠陥に
起因し得る。
【0126】 厚さ0.15から0.21μmの範囲のフッ素をドープされたダイアモンド様
被覆物では、わずかに広い領域(10mm2 )上で3.8 MV/cmもの高さの絶
縁耐力及び0.0040もの低い散逸因子が測定された。被覆物の誘電率は、静電容量
の測定で測定されたとき約3.5である。静電容量の測定により、フッ素をドー
プされたダイアモンド様被覆物は−173 ℃から+177℃の温度範囲で1. 5%未
満の変化しか示さず、熱安定性であることも示された。
【0127】実施例16 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の表面エネルギー/水 接触角の測定 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物について、表面エネルギー及び水
接触角を評価した。一部の用途には、被覆物は疎水性でなければならない。疎水
性には、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の表面エネルギーが非常に
低くかつ水接触角が高いことが必要である。水滴に作用する力を等式で表すと、 γs =γs1+γ1 cosθ と書くことができる。さらに、表面エネルギー(γ)は二つの成分、即ち極性成
分(γp )及び分散成分(γd )要素から構成される。従って、 γ=γp +γd となる。バッファローにあるニューヨーク州立大学で表面エネルギーと接触角の
測定が行われた。
【0128】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の接触角及び表面エネルギーの値
を表12に列挙する。得られた表面エネルギー及び水接触角の範囲は20.4から24
.4ダイン/cm及び83°から98°であった。本明細書で報告される水接触角
の全データについての誤差は±1°である。また、水接触角の測定から、接触角
が容易にかつ正確に測定できるため、被覆物の疎水性が卓越していることが示さ
れる。接触角は水滴の周辺で同じであるため、水滴は対称的ビーズとなる。
【0129】
【表12】
【0130】 表面エネルギーの極性成分(γp )は水接触角と密接に関連するようである。
得られた極性成分の範囲は2.7 から6.7 ダイン/cmであった。
【0131】実施例17 重合体基体とフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物との適合 性の測定 温度の適合性 無処理のカプトン、金属被覆されたカプトン、金属被覆されたアルテム、及び
ライトンの基体の非常に薄い隔膜をフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物
で被覆した。蒸着は低温で実施したので、蒸着中にいずれの基体も損傷を受けな
かった。これは、重合体基体に対するフッ素をドープされたダイアモンド様被覆
物の蒸着工程の温度適合性を証明する。
【0132】 接着性 各蒸着操業から得た珪素及びガラスの対照試料に対してASTM接着試験を行
った。金属被覆されたカプトン試料についても一部接着試験を実施した。これら
の試験により接着効果の定性的順位が与えられる。フッ素をドープされたダイア
モンド様被覆物をASTM試験D3359〜87を用いて接着試験した。接着試験は対
照試料での全蒸着操業で実施した。対照の珪素及びガラスの試料についての接着
試験の結果は、表13で一覧する。
【0133】
【表13】
【0134】実施例18 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物のパターニング フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物のエッチングが反応性イオンエッ
チングにより研究された。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物をエッチ
ングするエッチング化学の一つにはCF4 と酸素の使用が含まれる。低い出力で
は、酸素の付加は取るに足らない効果である。出力レベルが大きくなるほど酸素
付加の効果は大きくなる。100Wの出力レベル(32W/cm2 の妥当な出力
密度)で、最大エッチング速度が約15sccmの酸素で生じる。酸素付加がな
いと、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物のエッチング速度は同様な条
件下での二酸化ケイ素のエッチング速度と匹敵する。
【0135】 異なる線幅の幾何学が研究された。1.5 ミクロンの線幅により非常にすぐれた
解像が達成され得る。
【0136】 純粋な酸素、塩化水素、及びフォトレジストアシュアー(photoresist asher
)におけるフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物のエッチング速度を研究
した。フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物のエッチング速度は全ての場
合で20オングストローム/分未満である。 1時間のエッチング後でさえ工程が
観察されなかったものもあった。これは、フッ素をドープされたダイアモンド様
被覆物のエッチングが選択的であり、金属及びフォトレジストの除去に使用され
るエッチング化学がフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物に影響しないこ
とを示している。
【0137】実施例19 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された電気外科 用刃 2枚のステンレス鋼の電気外科用刃をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄
し、脱イオン水ですすいで、ごみや他の大きな汚染物を除去した。試料を空気中
で約30分間室温で乾燥させた。この刃を固定ねじを備えたアルミニウムの支持体
に載せた。この支持体を直径30.48 cm(12インチ)のステンレス鋼の遊星連
動支持体に固定した。シリコン(100 )及びガラスクーポンを電気外科用刃支持
体のそばに載せた。これらのクーポンは電気外科用刃と同様な方法で洗浄した。
このクーポンは2.54cmx2.54cmであった。応力を測定するため7.62cmx2.
54cmのより長い珪素のクーポンを含めた。ステンレス鋼の支持体を1mx1m
x1mのステンレス鋼の真空室に入れた。この真空室はルーツ送風機、機械ポン
プ、及び2個の拡散ポンプで基準圧の5.0 x10-6mバールまで排気した。蒸着
均一性を高めるため、試料を毎分 7回転で回転させた。基体をさらにアルゴング
ロー放電を用いて洗浄した。圧力が2.0 x10-4mバールに達するまでアルゴンガ
スを真空室に送った。次に、高電流電源からの75.1アンペアの交流によりタング
ステンフィラメントを加熱した。操行中フィラメントは2100℃以上の温度に達し
た。150ボルト(直流)のバイアス電圧をフィラメントと接地した室との間に
かけた。個別の直流電源を使用した。熱イオン電子が生成し、アルゴンプラズマ
放電が生じた。1.04アンペアのプラズマ電流はフィラメントバイアス電源で測定
された。315ボルトの高周波バイアスを電気外科用刃にかけた。高周波発生器
は200kHzで作動する。前方にかけられた電力は80ワットで負荷電力は7
8ワットであった。電気外科用刃を15分間スパッタリング−エッチングした。15
分後に、アルゴンガスを止め、フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の蒸
着を開始した。シロキサン蒸気(液体のポリ−3,3,3−トリフルオロプロピ
ルメチルシロキサン又は液体のポリ−3,3,3−トリフルオロプロピルメチル
シロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体)を0.04sccmで室に導入
しながら、タングステンフィラメント及びバイアスをそのまま放置した。室圧を
2.7 x10-4mバールに維持した。蒸着を90分間行った。試料を室内で30分間冷却
した。1.013 mバールの大気圧に達するまで窒素ガスを室に導入することにより
室を換気した。試料及びクーポンを支持体から降ろした。電気外科用刃及びクー
ポンの両方に暗黒色の被覆物が観察された。この電気外科用刃上のフッ素をドー
プされたダイアモンド様被覆物は耐磨耗性であった。鋭利な鋼ナイフを被覆物上
で前後に動かした。この被覆物は剥離しなかった。珪素及びガラスクーポンの両
面上の被覆物の厚さを測定するために表面プロフィロメーター(profilometer)
を用いた。測定された厚さは、珪素クーポンとガラスクーポンの上でそれぞれ1.
367 ミクロンと1.698 ミクロンであった。算出された蒸着速度はシリコンクーポ
ン及びガラスクーポン上でそれぞれ0.911 ミクロン/時及び1.132 ミクロン/時
であった。被覆物のマイクロ硬度及び弾性率はナノアイデンター(nanoidenter
)を用いて珪素クーポンについて測定し、それぞれ12.4GPa及び104.6 GPa
であった。7.62x2.54cmの珪素クーポンについての曲率から応力を測定した。
その応力は−636 MPa(圧縮)であった。
【0138】実施例20 金属ドーパントをさらに含むフッ素をドープされたダイアモンド様 被覆物で被覆された電気外科用刃 金属ドーパントをさらに含むフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物を電
気外科用刃上に被覆した。好ましい追加金属ドーパントはチタンであった。この
態様において、磁電管共スパッタリングによりチタンをフッ素をドープされたダ
イアモンド様被覆物中に導入した。チタンは、高周波エネルギーを伝導するのに
充分な抵抗率(42ミクロオーム−cm)をもつ生体適合性金属である。
【0139】 蒸着前に、電気外科用刃を穏和な界面活性剤及びイソプロピルアルコール中で
それぞれ15分間超音波洗浄した。各工程の間に、残留物を取除くため刃を15分間
脱イオン水ですすいだ。この刃を約20分間空気中で乾燥させた。洗浄した刃を基
体テーブルに載せた。蒸着中、基体テーブルにバイアスをかけた。300 〜800 ボ
ルトのDCバイアスをかけるために100 〜300 kHzの高周波発生器を使用した
【0140】 刃を被覆システムに載せた後、室を1x10-6トルまで真空排気した。工程の
流れは以下の通りであった。アルゴンを室に導入した。それは主にスパッタリン
グガスとして使用した。アルゴンの流速は通常毎分16標準立方センチメーター
(sccm)であった。ガスの全圧は1x10-4から1x10-2トルまで変化させた
。基体テーブルにバイアスをかけた。次に、チタンのスパッタリングを開始した
。磁電管標的のチタンにバイアスをかけるために、直流(DC) 発生器又はパルス
直流(PDC)発生器の両方を使用した。磁電管の電力は1500ワットであった。数秒
後、熱フィラメント三極管放電を開始した。60Hz電源(14ボルトDC及び90
アンペア)により白熱するまでタングステンフィラメントを加熱した。プラズマ
放電を起こさせるため、150ボルトのDCバイアスをフィラメントにかけた。最
初はアルゴンがイオン化した。しかし、フッ化シロキサン前駆体である液体のポ
リ−3,3,3−トリフルオロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシ
ロキサン(eFMS-221、ゲレスト社、ペンシルバニア州)を室に導入した。このフ
ッ化前駆体はイオン化し、体積グロー放電が室に充満した。
【0141】 これらの被覆物の典型的なインピーダンスは100kHzで50から200オー
ムまで変化した。表面エネルギーは低いままで25から29mN/mまで変動した。
最適な切断性能は25mN/mで達成された。このデータを表14に示す。
【0142】
【表14】
【0143】 前述した工程の他の態様はフィラメントのない放電である。これは中空陰極、
容量結合高周波、電磁結合高周波、又はマイクロ波プラズマ放電を利用する。チ
タンのドーピングは熱蒸発又はc−ビーム蒸発により達成され得る。さらに、チ
タンが添加されたシロキサンも利用されうる。
【0144】 説明の目的で本発明を詳細に記載したが、このような詳述は前記の目的のため
だけであり、請求の範囲で定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することな
く当業者により変形され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の金属をドープされた被覆物の電気抵抗率の濃度依存性を示す
概要図である。
【図2】 図2は、本発明の金属をドープされた被覆物の電気抵抗率の温度依存性を示す
概要図である。
【図3】 図3は、被覆物の蒸着のための蒸着室の断面図である。
【図4】 図4は、反射電極を用いる被覆物の蒸着のための蒸着室の断面図である。
【図5】 図5は、蒸着室内に必須のものとして設置されたプラズマ源を用いる好ましい
蒸着室の断面図である。
【図6】 図6は、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物についての耐久
因子対硬度のプロットである。
【図7】 図7は、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物についての硬度
対バイアスのプロットである。
【図8】 図8は、本発明のフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物についての表面
エネルギーを示すプロットである。
【図9】 図9は、本発明の被覆物を有する剃刀刃の拡大断面図である。
【図10】 図10は、本発明の被覆物及び内層を有する剃刀刃の拡大断面図である。
【図11】 図11は、頭部に組込まれたフッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被
覆された剃刀刃をもつ剃刀の透視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B32B 7/00 B32B 7/00 9/00 9/00 Z 9/04 9/04 15/04 15/04 Z 17/00 17/00 19/00 19/00 C30B 29/02 C30B 29/02 (31)優先権主張番号 09/133,951 (32)優先日 平成10年8月14日(1998.8.14) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 09/204,441 (32)優先日 平成10年12月2日(1998.12.2) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U Z,VN,YU,ZW (72)発明者 チャンドラ ヴェンカトラマン アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14221、 ウイリアムズヴィル、スプリング メドウ ドライブ 135番地、アパートメント2 (72)発明者 クレイグ エイ.アウテン アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14214、 バッファロー、ウッドワード アヴェニュ ー 284番地 (72)発明者 クリストファー ジー.ホルター アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14075、 ハンブルグ、キルシュナー パークウエイ 3022番地 (72)発明者 アーヴィンド ゴエル アメリカ合衆国、ペンシルベニア州 19130、フィラデルフィア、ベン フラン クリン ハイウエイ 2200番地、スート エヌ312

Claims (85)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フッ素をドープされた被覆物で被覆された基体を含む物品で
    あって、該被覆物が炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むダイアモンド様
    組成物を含むものである物品。
  2. 【請求項2】 前記基体が可撓性基体である請求項1記載の物品。
  3. 【請求項3】 前記可撓性基体が重合体膜である請求項2記載の物品。
  4. 【請求項4】 前記重合体膜がポリイミド、ポリエステル、ポリテルミド (
    polythermide) 、ポリアミドイミド、及びポリエチレンテレフタレートの膜から
    なる群より選択されるものである請求項3記載の物品。
  5. 【請求項5】 前記フッ素をドープされた被覆物が追加のドーパントをさら
    に含むものである請求項4記載の物品。
  6. 【請求項6】 前記追加ドーパントが周期表のIb〜VIIb族及びVII
    I族の元素からなる群より選択されるものである請求項5記載の物品。
  7. 【請求項7】 前記追加ドーパントがB、Si、Ge、Te、O、Mo、W
    、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co、Mg、Mn、Ni、Ti、
    Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、及びAuからなる群より選択
    されるものである請求項6記載の物品。
  8. 【請求項8】 前記追加ドーパントがチタンである請求項7記載の物品。
  9. 【請求項9】 前記フッ素をドープされた被覆物が約0.005 マイクロメータ
    ーから約10マイクロメーターの厚さを有するものである請求項2記載の物品。
  10. 【請求項10】 前記炭素、水素、珪素、酸素、及びフッ素が約1から約10
    個の珪素原子をもつオルガノシロキサンの分解から得られるものである請求項2
    記載の物品。
  11. 【請求項11】 前記オルガノシロキサンがポリトリフルオロプロピルメチ
    ルシロキサンである請求項10記載の物品。
  12. 【請求項12】 前記オルガノシロキサンがポリ−3,3,3−トリフルオ
    ロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体である請求
    項10記載の物品。
  13. 【請求項13】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素含量が約40重量
    %から約98重量%である請求項2記載の物品。
  14. 【請求項14】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素対珪素の重量比が
    約4:1から約9:1である請求項2記載の物品。
  15. 【請求項15】 前記フッ素をドープされた被覆物の珪素対酸素の重量比が
    約0.6 :1 から約1.7 :1 である請求項2記載の物品。
  16. 【請求項16】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素含量がフッ素をド
    ープされた被覆物の少なくとも40原子%であり、水素含量が炭素の約40原子
    %以下であり、珪素、酸素、及びドーパントの合計が被覆物の約2原子%より大
    である請求項2記載の物品。
  17. 【請求項17】 前記フッ素をドープされた被覆物が約1MV/cm から約4MV
    /cm の絶縁耐力を有するものである請求項2記載の物品。
  18. 【請求項18】 前記フッ素をドープされた被覆物が約1014オーム−cmか
    ら約10-2オーム−cmの抵抗率を有するものである請求項2記載の物品。
  19. 【請求項19】 前記フッ素をドープされた被覆物が約19.5ダイン/cmから
    約26ダイン/cmの表面エネルギーを有するものである請求項2記載の物品。
  20. 【請求項20】 前記フッ素をドープされた被覆物が約80°から約101
    °の水接触角を有するものである請求項2記載の物品。
  21. 【請求項21】 前記基体が精密に刃付けされた基体である請求項1記載の
    物品。
  22. 【請求項22】 前記精密に刃付けされた基体が金属を含むものである請求
    項21記載の物品。
  23. 【請求項23】 前記精密に刃付けされた基体が非金属を含むものである請
    求項21記載の物品。
  24. 【請求項24】 前記基体が工業用具、外科用器具、ナイフ、及び剃刀から
    なる群より選択されるものである請求項21記載の物品。
  25. 【請求項25】 前記基体が剃刀の刃である請求項24記載の物品。
  26. 【請求項26】 前記フッ素をドープされた被覆物が追加のドーパントをさ
    らに含むものである請求項21記載の物品。
  27. 【請求項27】 前記追加ドーパントが周期表のIb〜VIIb族及びVI
    II族の元素からなる群より選択されるものである請求項26記載の物品。
  28. 【請求項28】 前記追加ドーパントがB、Si、Ge、Te、O、Mo、
    W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co、Mg、Mn、Ni、Ti
    、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、及びAuからなる群より選
    択されるものである請求項27記載の物品。
  29. 【請求項29】 前記フッ素をドープされた被覆物が約5nmから約12マ
    イクロメーターの厚さまで基体上に蒸着されるものである請求項21記載の物品
  30. 【請求項30】 前記被覆物が約5nmから約150nmの厚さまで基体上
    に蒸着されるものである請求項21記載の物品。
  31. 【請求項31】 前記フッ素をドープされた被覆物が中間層なしで直接基体
    中に蒸着されるものである請求項21記載の物品。
  32. 【請求項32】 前記炭素、水素、珪素、酸素、及びフッ素が約1から約
    10個の珪素原子をもつオルガノシロキサンの分解から得られるものである請求項
    21記載の物品。
  33. 【請求項33】 前記オルガノシロキサンがポリトリフルオロプロピルメチ
    ルシロキサンである請求項32記載の物品。
  34. 【請求項34】 前記オルガノシロキサンがポリ−3,3,3−トリフルオ
    ロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体である請求
    項32記載の物品。
  35. 【請求項35】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素含量が約40重量
    %から約98重量%である請求項21記載の物品。
  36. 【請求項36】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素対珪素の重量比が
    約2:1から約8:1である請求項21記載の物品。
  37. 【請求項37】 前記フッ素をドープされた被覆物の珪素対酸素の重量比が
    約0.5 :1 から約3:1 である請求項21記載の物品。
  38. 【請求項38】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素含量がフッ素をド
    ープされた被覆物の少なくとも40原子%であり、水素含量が炭素の約40原子
    %以下であり、珪素、酸素、及びドーパントの合計が被覆物の約2原子%より大
    である請求項21記載の物品。
  39. 【請求項39】 前記フッ素をドープされた被覆物が約1014オーム−cmか
    ら約10-2オーム−cmの抵抗率を有するものである請求項21記載の物品。
  40. 【請求項40】 前記フッ素をドープされた被覆物が約19.5ダイン/cmから
    約26ダイン/cmの表面エネルギーを有するものである請求項21記載の物品。
  41. 【請求項41】 前記フッ素をドープされた被覆物が約80°から約101
    °の水接触角を有するものである請求項21記載の物品。
  42. 【請求項42】 前記基体が電気外科用器具である請求項1記載の物品。
  43. 【請求項43】 前記電気外科用器具が電気外科用刃、二極鉗子、腹腔鏡器
    具、歯科用ブラケット、及び生物医学装置からなる群より選択されるものである
    請求項42記載の物品。
  44. 【請求項44】 前記電気外科用器具が精密に刃付けされた基体である請求
    項42記載の物品。
  45. 【請求項45】 フッ素をドープされた被覆物が追加ドーパントをさらに含
    むものである請求項42記載の物品。
  46. 【請求項46】 前記追加ドーパントが周期表のIb〜VIIb族及びVI
    II族の元素からなる群より選択されるものである請求項45記載の物品。
  47. 【請求項47】 前記追加ドーパントがB、Li、Na、Si、Ge、Te
    、O、Mo、W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co、Mg、Mn
    、Ni、Ti、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、Au、TiN
    ,BN、AlN、ZrN、及びCrNからなる群より選択されるものである請求
    項46記載の物品。
  48. 【請求項48】 前記フッ素をドープされた被覆物が約0.5 μmから約5μ
    mの厚さまで蒸着されるものである請求項42記載の物品。
  49. 【請求項49】 前記フッ素をドープされた被覆物が約2μmから約3μm
    の厚さまで蒸着されるものである請求項42記載の物品。
  50. 【請求項50】 前記炭素、水素、珪素、及び酸素が約1から約10個の珪素
    原子をもつオルガノシロキサンの分解から得られるものである請求項42記載の
    物品。
  51. 【請求項51】 前記オルガノシロキサンがポリトリフルオロプロピルメチ
    ルシロキサンである請求項50記載の物品。
  52. 【請求項52】 前記オルガノシロキサンがポリ−3,3,3−トリフルオ
    ロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体である請求
    項50記載の物品。
  53. 【請求項53】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素含量が約40重量
    %から約98重量%である請求項42記載の物品。
  54. 【請求項54】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素対珪素の重量比が
    約2:1から約8:1である請求項42記載の物品。
  55. 【請求項55】 前記フッ素をドープされた被覆物の珪素対酸素の重量比が
    約0.5 :1 から約3:1 である請求項42記載の物品。
  56. 【請求項56】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素含量がフッ素をド
    ープされた被覆物の少なくとも40原子%であり、水素含量が炭素の約40原子
    %以下であり、珪素、酸素、及びドーパントの合計が被覆物の約2原子%より大
    である請求項42記載の物品。
  57. 【請求項57】 前記物品が約1オームから約1000オームのインピーダンス
    を有するものである請求項42記載の物品。
  58. 【請求項58】 前記フッ素をドープされた被覆物が約10-2オーム−cmか
    ら約1015オーム−cmの抵抗率を有するものである請求項42記載の物品。
  59. 【請求項59】 前記フッ素をドープされた被覆物が約19ダイン/cmから約
    29ダイン/cmの表面エネルギーを有するものである請求項42記載の物品。
  60. 【請求項60】 前記フッ素をドープされた被覆物が約80°から約101
    °の水接触角を有するものである請求項42記載の物品。
  61. 【請求項61】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物で被覆された
    基体を製造する方法であって、 真空被覆室に該基体を置く工程、及び 炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素のイオン、原子、又はラジカルから
    構成される固まりのない粒子ビームであって、各粒子種の平均自由行路がその粒
    子源と基体の成長する粒子被覆表面との距離を超えるものである粒子ビームの共
    蒸着により該基体の上に炭素、珪素、酸素、水素、及びフッ素を含むダイアモン
    ド様組成物を蒸着させる工程、 を含む方法。
  62. 【請求項62】 前記基体が可撓性基体である請求項61記載の方法。
  63. 【請求項63】 前記被覆物を約0.005 メイクロメーターから約10マイクロ
    メーターの厚さまで可撓性基体上に蒸着する工程をさらに含む請求項62記載の
    方法。
  64. 【請求項64】 前記基体が精密に刃付けされた基体である請求項61記載
    の方法。
  65. 【請求項65】 前記フッ素をドープされた被覆物が約5nmから約12マ
    イクロメーターの厚さまで精密に刃付けされた基体上に蒸着されるものである請
    求項64記載の方法。
  66. 【請求項66】 前記フッ素をドープされた被覆物が約5nmから約150
    nmの厚さまで精密に刃付けされた基体上に蒸着されるものである請求項64記
    載の方法。
  67. 【請求項67】 前記基体が電気外科用器具である請求項61記載の方法。
  68. 【請求項68】 前記フッ素をドープされた被覆物中に追加ドーパントを共
    蒸着させる工程をさらに含む請求項61記載の方法。
  69. 【請求項69】 前記追加ドーパントが周期表のIb〜VIIb族及びVI
    II族の元素からなる群より選択されるものである請求項68記載の方法。
  70. 【請求項70】 前記ドーパントがB、Li、Na、Si、Ge、Te、O
    、Mo、W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co、Mg、Mn、N
    i、Ti、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、Au、TiN、B
    N、AlN、ZrN、及びCrNからなる群より選択されるものである請求項6
    9記載の方法。
  71. 【請求項71】 前記炭素、水素、珪素、及び酸素が約1から約10個の珪素
    原子をもつオルガノシロキサンの分解から得られるものである請求項61記載の
    方法。
  72. 【請求項72】 前記オルガノシロキサンがポリトリフルオロプロピルメチ
    ルシロキサンである請求項71記載の方法。
  73. 【請求項73】 前記オルガノシロキサンがポリ−3,3,3−トリフルオ
    ロプロピルメチルシロキサン−(50%)ジメチルシロキサン共重合体である請求
    項71記載の方法。
  74. 【請求項74】 前記被覆物の炭素含量が約40重量%から約98重量%で
    ある請求項61記載の方法。
  75. 【請求項75】 前記被覆物の炭素対珪素の重量比が約2:1から約8:1
    である請求項61記載の方法。
  76. 【請求項76】 前記フッ素をドープされた被覆物の炭素対珪素の重量比が
    約4:1 から約9:1 である請求項61記載の方法。
  77. 【請求項77】 前記被覆物の珪素対酸素の重量比が約0.5 :1 から約3:
    1 である請求項61記載の方法。
  78. 【請求項78】 前記フッ素をドープされた被覆物の珪素対酸素の重量比が
    約0.6 :1 から約1.7 :1 である請求項61記載の物品。
  79. 【請求項79】 前記ダイアモンド様固体物質の炭素含量がフッ素をドープ
    されたダイアモンド様被覆物の約40原子%より大であり、水素含量が炭素の約
    40原子%以下であり、珪素、酸素、及びドーパントの合計がフッ素をドープさ
    れたダイアモンド様被覆物の約2原子%より大である請求項61記載の方法。
  80. 【請求項80】 前記フッ素をドープされた被覆物が約1MV/cm から約4MV
    /cm の絶縁耐力を有するものである請求項61記載の方法。
  81. 【請求項81】 前記フッ素をドープされた被覆物が約1014オーム−cmか
    ら約10-2オーム−cmの抵抗率を有するものである請求項61記載の方法。
  82. 【請求項82】 前記フッ素をドープされた被覆物が約19.5ダイン/cmから
    約26ダイン/cmの表面エネルギーを有するものである請求項61記載の方法。
  83. 【請求項83】 前記フッ素をドープされた被覆物が約80°から約101
    °の水接触角を有するものである請求項61記載の方法。
  84. 【請求項84】 抵抗器を形成するのに効果的な条件下で蒸着された、フッ
    素をドープされたダイアモンド様被覆物をパターニングする工程をさらに含む請
    求項68記載の方法。
  85. 【請求項85】 フッ素をドープされたダイアモンド様被覆物の下に底部金
    属電極を蒸着する工程、 上部金属電極を蒸着する工程、及び キャパシターを形成するのに効果的な条件下で蒸着された上部の金属電極
    をパターニングする工程、 をさらに含む請求項61記載の方法。
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