JP2002167206A - 窒素炭素珪素系硬質材料、その製造方法及びその用途 - Google Patents
窒素炭素珪素系硬質材料、その製造方法及びその用途Info
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- JP2002167206A JP2002167206A JP2000364336A JP2000364336A JP2002167206A JP 2002167206 A JP2002167206 A JP 2002167206A JP 2000364336 A JP2000364336 A JP 2000364336A JP 2000364336 A JP2000364336 A JP 2000364336A JP 2002167206 A JP2002167206 A JP 2002167206A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性に優れた表面保護膜、その製造方法及
びその用途を提供する。 【課題を解決する手段】窒化炭素膜に珪素を含有させる
ことにより炭素の一部を珪素で置換して、窒素炭素珪素
材料を形成させた窒素炭素珪素系硬質材料。
びその用途を提供する。 【課題を解決する手段】窒化炭素膜に珪素を含有させる
ことにより炭素の一部を珪素で置換して、窒素炭素珪素
材料を形成させた窒素炭素珪素系硬質材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒素炭素珪素系硬質材料
に関し、この材料は主として、摺動部品、工具等の材料
に用いることができ、特に表面保護膜として優れた高硬
度を有す、摺動部品、磁気記録媒体、工具等の表面保護
膜に用いることもできる。さらに、本発明の窒素炭素珪
素系硬質材料は画像表示素子及び計測装置、半導体製造
装置等に使用される電子線源に用いることができ、特に
大面積薄型画像表示素子の実現を可能とする電子線源と
して有望である。
に関し、この材料は主として、摺動部品、工具等の材料
に用いることができ、特に表面保護膜として優れた高硬
度を有す、摺動部品、磁気記録媒体、工具等の表面保護
膜に用いることもできる。さらに、本発明の窒素炭素珪
素系硬質材料は画像表示素子及び計測装置、半導体製造
装置等に使用される電子線源に用いることができ、特に
大面積薄型画像表示素子の実現を可能とする電子線源と
して有望である。
【０００２】
【従来の技術】摺動部品、磁気記録媒体、工具等の表面
保護膜としてに使用される硬質材料においては、窒化チ
タン、窒化ジルコニウム、窒化ボロン、窒化シリコン等
の窒化物系薄膜や炭化シリコン、炭化ホウ素、炭化チタ
ン、炭化タングステン等の炭化物系薄膜が用いられてい
る。従来の表面保護膜作製技術が、セラミックコーティ
ング（竹田博光著、日刊工業新聞社、１９８８年）に記
載されている。また近年では炭素のｓｐ３結合を多く含
有したダイヤモンド状炭素膜も表面保護膜として使用さ
れるようになった。ダイヤモンド状炭素膜に関する従来
技術がジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テ
クノロジーA5巻３２８７ー３３１２（１９８７年）に記
載されている。従来の電子線源としては酸化物焼結体カ
ソードやタングステン等の高融点金属を通電加熱するこ
とにより熱電子を放出するタイプ、先端を鋭く尖らせた
タングステン等の高融点金属に強電界を印加して電界放
射電子を放出するタイプに大きく分別される。従来の電
子線源に関する技術が応用物理第６１巻第７号６９８ー
７０１に記載されている。
保護膜としてに使用される硬質材料においては、窒化チ
タン、窒化ジルコニウム、窒化ボロン、窒化シリコン等
の窒化物系薄膜や炭化シリコン、炭化ホウ素、炭化チタ
ン、炭化タングステン等の炭化物系薄膜が用いられてい
る。従来の表面保護膜作製技術が、セラミックコーティ
ング（竹田博光著、日刊工業新聞社、１９８８年）に記
載されている。また近年では炭素のｓｐ３結合を多く含
有したダイヤモンド状炭素膜も表面保護膜として使用さ
れるようになった。ダイヤモンド状炭素膜に関する従来
技術がジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テ
クノロジーA5巻３２８７ー３３１２（１９８７年）に記
載されている。従来の電子線源としては酸化物焼結体カ
ソードやタングステン等の高融点金属を通電加熱するこ
とにより熱電子を放出するタイプ、先端を鋭く尖らせた
タングステン等の高融点金属に強電界を印加して電界放
射電子を放出するタイプに大きく分別される。従来の電
子線源に関する技術が応用物理第６１巻第７号６９８ー
７０１に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の硬質材料を
摺動部品、磁気記録媒体、工具等の表面保護膜に用いる
場合、長時間の使用により保護膜が摩耗してやがて消失
するという問題がある。この問題を解決するためには従
来の硬質材料よりも大きな硬度を有して耐摺動性に優れ
た材料を用いればよい。高硬度の材料として、窒化炭素
（Ｃ３Ｎ４）がダイヤモンドと同程度の硬度を有するこ
とを計算から予測され、フィジカル・レビューＢ５０巻
10362-10365に記載されている。窒化炭素は窒素と炭素
がｓｐ３的結合しているため高硬度を示す。しかし、反
応性スパッタリングやイオンビームスパッタリング、化
学反応蒸着法等で形成した窒化炭素膜には、窒素と炭素
間にｓｐ３的結合の他にｓｐ２的結合やｓｐ的結合が存
在するため、十分な硬度を示さないという問題がある。
そのため窒素と炭素間にｓｐ３的結合を多く形成し、高
硬度を示す窒化炭素膜を形成する技術が望まれていた。
摺動部品、磁気記録媒体、工具等の表面保護膜に用いる
場合、長時間の使用により保護膜が摩耗してやがて消失
するという問題がある。この問題を解決するためには従
来の硬質材料よりも大きな硬度を有して耐摺動性に優れ
た材料を用いればよい。高硬度の材料として、窒化炭素
（Ｃ３Ｎ４）がダイヤモンドと同程度の硬度を有するこ
とを計算から予測され、フィジカル・レビューＢ５０巻
10362-10365に記載されている。窒化炭素は窒素と炭素
がｓｐ３的結合しているため高硬度を示す。しかし、反
応性スパッタリングやイオンビームスパッタリング、化
学反応蒸着法等で形成した窒化炭素膜には、窒素と炭素
間にｓｐ３的結合の他にｓｐ２的結合やｓｐ的結合が存
在するため、十分な硬度を示さないという問題がある。
そのため窒素と炭素間にｓｐ３的結合を多く形成し、高
硬度を示す窒化炭素膜を形成する技術が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の窒素炭素珪素系硬質材料では、窒化炭素材
料に珪素を含有させる方法を用いた。本方法によれば、
珪素、窒素、炭素の各元素間にｓｐ３共有結合を安定に
生じさせて、従来技術を凌ぐ優れた硬質材料を実現する
ことができる。
に、本発明の窒素炭素珪素系硬質材料では、窒化炭素材
料に珪素を含有させる方法を用いた。本方法によれば、
珪素、窒素、炭素の各元素間にｓｐ３共有結合を安定に
生じさせて、従来技術を凌ぐ優れた硬質材料を実現する
ことができる。
【０００５】本発明者らは窒素と炭素間にｓｐ３的結合
を有した高硬度の窒化炭素材料を作製する検討を行って
きた。その結果、窒化炭素材料に珪素を含有させると窒
素と炭素間にｓｐ３的結合が安定に形成されることを見
出した。珪素は安定にｓｐ３結合を形成する元素であ
り、窒素と珪素の化合物である窒化珪素は窒素と珪素の
間にｓｐ３的結合を有して、高い硬度を示すことが知ら
れている。本発明者は、珪素を窒化炭素膜に含有させる
ことにより珪素は炭素の一部と置換して窒素と安定にｓ
ｐ３結合を形成し、その結果、炭素と窒素間にｓｐ３結
合が形成されることを見い出した。従来技術によれば窒
素と炭素間にｓｐ３結合を効率的に形成することは困難
であり、そのため窒化炭素材料の硬度も従来材料を凌ぐ
値を示さなかった。しかし、本発明によれば珪素、窒
素、炭素間に強固なｓｐ３結合形成されるため、従来技
術以上の硬度を示す窒素炭素珪素材料が実現されること
が解った。
を有した高硬度の窒化炭素材料を作製する検討を行って
きた。その結果、窒化炭素材料に珪素を含有させると窒
素と炭素間にｓｐ３的結合が安定に形成されることを見
出した。珪素は安定にｓｐ３結合を形成する元素であ
り、窒素と珪素の化合物である窒化珪素は窒素と珪素の
間にｓｐ３的結合を有して、高い硬度を示すことが知ら
れている。本発明者は、珪素を窒化炭素膜に含有させる
ことにより珪素は炭素の一部と置換して窒素と安定にｓ
ｐ３結合を形成し、その結果、炭素と窒素間にｓｐ３結
合が形成されることを見い出した。従来技術によれば窒
素と炭素間にｓｐ３結合を効率的に形成することは困難
であり、そのため窒化炭素材料の硬度も従来材料を凌ぐ
値を示さなかった。しかし、本発明によれば珪素、窒
素、炭素間に強固なｓｐ３結合形成されるため、従来技
術以上の硬度を示す窒素炭素珪素材料が実現されること
が解った。
【０００６】
【実施例】本発明の具体例を以下に述べるが、本発明は
これに限定されるものではない。
これに限定されるものではない。
【実施例1】（窒素炭素珪素薄膜を反応性RFスパッタリ
ングにより作製した例）装置はスパッタアップ方式のRF
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、スパッタリ
ングターゲットには直径8インチの反応焼結炭化珪素を
用いた。また珪素の効果を調べるために、黒鉛ターゲッ
トを用いて、珪素の入っていない窒化炭素膜を作製し
た。装置内を8×10-7Torr以下に真空排気後、アルゴン
と窒素の混合ガスを装置内に導入した。スパッタガス圧
は3〜20mTorr、ガスの混合比は窒素が30〜80体積％であ
る。基板にはSi (100)ウェハーを用いた。スパッタ中に
基板を室温〜600℃の範囲で加熱した。スパッタリング
の投入電力は200〜500Wである。作製した窒素炭素珪素
膜についてX線光電子分光分析(XPS)を行い、組成及び化
学結合状態を調べた。エネルギーフィルターを内蔵した
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて電子線エネルギー損失
分光(EELS)を行った。窒素炭素珪素薄膜の組成をXPSに
より求めたところ、炭素組成が10〜40原子％、珪素組成
が5〜35原子％、残余窒素であった。作製した膜のEELS
分析を行い、炭素及び窒素のＫ端のスペクトルを調べ
た。珪素の入っていない窒化炭素膜では284eV及び400eV
のエネルギーのところに内殻からπ＊への遷移によるエ
ネルギー損失ピークが見られ、炭素と窒素がそれぞれπ
結合を持つことが判った。珪素を入れた窒素炭素珪素膜
についてEELS分析を行ったところ、284eV及び400eVのエ
ネルギー損失ピーク強度は減少した。特に、珪素が組成
が15〜30原子％の膜では284eV及び400eVのエネルギー損
失ピークは消失していた。このことから珪素を15〜30原
子％含有した窒素炭素珪素薄膜は炭素及び窒素がσ結合
しか持たず、各原子がsp3 結合していることが明らかに
なった。この膜の炭素組成は20〜40原子％であり、残余
窒素であった。作製した膜のビッカース硬度を測定する
と６０００kgf/mm2であり、結晶ダイヤモンドには及ば
ないものの、従来法による窒化物系薄膜、炭化物系薄膜
よりも大きな値を示した。
ングにより作製した例）装置はスパッタアップ方式のRF
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、スパッタリ
ングターゲットには直径8インチの反応焼結炭化珪素を
用いた。また珪素の効果を調べるために、黒鉛ターゲッ
トを用いて、珪素の入っていない窒化炭素膜を作製し
た。装置内を8×10-7Torr以下に真空排気後、アルゴン
と窒素の混合ガスを装置内に導入した。スパッタガス圧
は3〜20mTorr、ガスの混合比は窒素が30〜80体積％であ
る。基板にはSi (100)ウェハーを用いた。スパッタ中に
基板を室温〜600℃の範囲で加熱した。スパッタリング
の投入電力は200〜500Wである。作製した窒素炭素珪素
膜についてX線光電子分光分析(XPS)を行い、組成及び化
学結合状態を調べた。エネルギーフィルターを内蔵した
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて電子線エネルギー損失
分光(EELS)を行った。窒素炭素珪素薄膜の組成をXPSに
より求めたところ、炭素組成が10〜40原子％、珪素組成
が5〜35原子％、残余窒素であった。作製した膜のEELS
分析を行い、炭素及び窒素のＫ端のスペクトルを調べ
た。珪素の入っていない窒化炭素膜では284eV及び400eV
のエネルギーのところに内殻からπ＊への遷移によるエ
ネルギー損失ピークが見られ、炭素と窒素がそれぞれπ
結合を持つことが判った。珪素を入れた窒素炭素珪素膜
についてEELS分析を行ったところ、284eV及び400eVのエ
ネルギー損失ピーク強度は減少した。特に、珪素が組成
が15〜30原子％の膜では284eV及び400eVのエネルギー損
失ピークは消失していた。このことから珪素を15〜30原
子％含有した窒素炭素珪素薄膜は炭素及び窒素がσ結合
しか持たず、各原子がsp3 結合していることが明らかに
なった。この膜の炭素組成は20〜40原子％であり、残余
窒素であった。作製した膜のビッカース硬度を測定する
と６０００kgf/mm2であり、結晶ダイヤモンドには及ば
ないものの、従来法による窒化物系薄膜、炭化物系薄膜
よりも大きな値を示した。
【０００７】
【実施例2】（窒素炭素珪素薄膜をレーザーアブレーシ
ョンにより作製した例）炭化珪素のレーザーアブレーシ
ョンにより発生した炭素及び珪素ビームと窒素イオンを
基板に照射した。炭化珪素ターゲットには反応焼結炭化
珪素を用いた。装置内を5×10-7Torr以下に真空排気
後、KrFエキシマレーザー(波長248nm)をターゲットに照
射して、対向して設置したSi (100)基板に炭素膜を蒸着
した。レーザーフルエンスは3.5J/cm2である。蒸着中に
カウフマン型イオン源から窒素イオンを基板に90度の方
向から照射した。イオン源のガスとして窒素を用いた。
蒸着中の窒素ガス圧力は5×10-4Torrであった。窒素イ
オンのエネルギーは０から1500eVである。このとき200e
V以下のエネルギー照射においてはイオン源から200eVの
イオンを照射し、途中に設置した減速電極によりエネル
ギーを制御した。炭素フラックスは水晶振動子により、
イオン電流はファラデーカップによりモニターして、基
板に到達する炭素及び珪素原子/窒素イオン電荷の比を1
となるようにした。蒸着中に基板の加熱は行っていな
い。イオン照射による基板温度の上昇は1500eVの窒素イ
オン照射で最高180℃であった。作製した窒素炭素珪素
膜についてX線光電子分光分析(XPS)を行い、組成及び化
学結合状態を調べた。エネルギーフィルターを内蔵した
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて電子線エネルギー損失
分光(EELS)を行った。窒素炭素珪素薄膜の組成をXPSに
より求めたところ、炭素組成が10〜40原子％、珪素組成
が8〜30原子％、残余窒素であった。作製した窒素炭素
珪素膜のEELS分析を行い、炭素及び窒素のＫ端のスペク
トルを調べた。284eV及び400eVのエネルギー損失ピーク
強度は非常に弱く、特に珪素の組成が15〜30原子％の膜
ではエネルギー損失ピークは消失していた。このことか
ら実施例１と同様、珪素を15〜30原子％含有した窒素炭
素珪素薄膜は炭素及び窒素がσ結合しか持たず、各原子
がsp3 結合していることが明らかになった。
ョンにより作製した例）炭化珪素のレーザーアブレーシ
ョンにより発生した炭素及び珪素ビームと窒素イオンを
基板に照射した。炭化珪素ターゲットには反応焼結炭化
珪素を用いた。装置内を5×10-7Torr以下に真空排気
後、KrFエキシマレーザー(波長248nm)をターゲットに照
射して、対向して設置したSi (100)基板に炭素膜を蒸着
した。レーザーフルエンスは3.5J/cm2である。蒸着中に
カウフマン型イオン源から窒素イオンを基板に90度の方
向から照射した。イオン源のガスとして窒素を用いた。
蒸着中の窒素ガス圧力は5×10-4Torrであった。窒素イ
オンのエネルギーは０から1500eVである。このとき200e
V以下のエネルギー照射においてはイオン源から200eVの
イオンを照射し、途中に設置した減速電極によりエネル
ギーを制御した。炭素フラックスは水晶振動子により、
イオン電流はファラデーカップによりモニターして、基
板に到達する炭素及び珪素原子/窒素イオン電荷の比を1
となるようにした。蒸着中に基板の加熱は行っていな
い。イオン照射による基板温度の上昇は1500eVの窒素イ
オン照射で最高180℃であった。作製した窒素炭素珪素
膜についてX線光電子分光分析(XPS)を行い、組成及び化
学結合状態を調べた。エネルギーフィルターを内蔵した
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて電子線エネルギー損失
分光(EELS)を行った。窒素炭素珪素薄膜の組成をXPSに
より求めたところ、炭素組成が10〜40原子％、珪素組成
が8〜30原子％、残余窒素であった。作製した窒素炭素
珪素膜のEELS分析を行い、炭素及び窒素のＫ端のスペク
トルを調べた。284eV及び400eVのエネルギー損失ピーク
強度は非常に弱く、特に珪素の組成が15〜30原子％の膜
ではエネルギー損失ピークは消失していた。このことか
ら実施例１と同様、珪素を15〜30原子％含有した窒素炭
素珪素薄膜は炭素及び窒素がσ結合しか持たず、各原子
がsp3 結合していることが明らかになった。
【０００８】
【実施例3】（窒素炭素珪素材料を静的高温高圧合成装
置を用いて作成した例）出発試料としてプラズマ支援化
学気相合成法により作製した窒化珪素(Si3N4)粉体およ
び窒化炭素(C3N4)粉体の混合物を用いた。RF電極を内部
に備えた石英管を管状電気炉で600度に加熱する。石英
管内を真空排気した後、石英管内に原料ガスを流し、RF
電力を投入して原料の合成を行った。窒化珪素粉体の原
料ガスとしてモノシランと窒素ガスを用いて、それぞれ
1.3リットル毎分、3.5リットル毎分の流量で石英管内に
導入した。RF電圧1500Vを印加して合成した。窒化炭素
粉体の原料ガスとしてエタンと窒素ガスを用いた。それ
ぞれ0.4リットル毎分、5.0リットル毎分の流量で石英管
内に導入し、RF電圧は1800Vである。作製した窒化珪素
粉体および窒化炭素粉体を混合した後、モリブテンカプ
セルに入れ、NaCl+ZrO2を圧力媒体とする高圧セルに充
填した。これをベルト型高圧装置により高温高圧処理し
た。処理条件は、圧力が7.5GPa、温度2300度、時間60分
である。高温高圧処理後、回収した試料の結晶構造をＸ
線回折により調べたところ六方晶系であった。蛍光Ｘ線
により組成分析を行ったところ、炭素25原子％、珪素18
原子％、窒素57原子％であった。EELS分析により炭素及
び窒素のＫ端のスペクトルを調べところ、284eV及び400
eVのエネルギー損失ピーク強度は消失しいた。これより
炭素及び窒素がσ結合しか持たず、各原子がsp3 結合し
ていることが明らかになった。
置を用いて作成した例）出発試料としてプラズマ支援化
学気相合成法により作製した窒化珪素(Si3N4)粉体およ
び窒化炭素(C3N4)粉体の混合物を用いた。RF電極を内部
に備えた石英管を管状電気炉で600度に加熱する。石英
管内を真空排気した後、石英管内に原料ガスを流し、RF
電力を投入して原料の合成を行った。窒化珪素粉体の原
料ガスとしてモノシランと窒素ガスを用いて、それぞれ
1.3リットル毎分、3.5リットル毎分の流量で石英管内に
導入した。RF電圧1500Vを印加して合成した。窒化炭素
粉体の原料ガスとしてエタンと窒素ガスを用いた。それ
ぞれ0.4リットル毎分、5.0リットル毎分の流量で石英管
内に導入し、RF電圧は1800Vである。作製した窒化珪素
粉体および窒化炭素粉体を混合した後、モリブテンカプ
セルに入れ、NaCl+ZrO2を圧力媒体とする高圧セルに充
填した。これをベルト型高圧装置により高温高圧処理し
た。処理条件は、圧力が7.5GPa、温度2300度、時間60分
である。高温高圧処理後、回収した試料の結晶構造をＸ
線回折により調べたところ六方晶系であった。蛍光Ｘ線
により組成分析を行ったところ、炭素25原子％、珪素18
原子％、窒素57原子％であった。EELS分析により炭素及
び窒素のＫ端のスペクトルを調べところ、284eV及び400
eVのエネルギー損失ピーク強度は消失しいた。これより
炭素及び窒素がσ結合しか持たず、各原子がsp3 結合し
ていることが明らかになった。
【０００９】
【実施例4】（窒素炭素珪素材料を化学気相合成法（CV
D）を用いて作成した例）原料ガスとしてメタン，アン
モニア，シラン，水素，アルゴンガスを用いた。RF電極
を内部に備えた石英管を管状電気炉で600〜800℃に加熱
する。石英管内を真空排気した後、石英管内に原料ガス
を流し、RF電力を投入して原料の合成を行った。メタ
ン，アンモニア，シラン，水素，アルゴンガス流量をそ
れぞれ30，70，50，100，100sccmとして混合した後に，
石英管内に導入した。RF電圧400〜1000Vを印加して合成
した。作製した粉体の結晶構造をＸ線回折により調べた
ところ六方晶系であった。蛍光Ｘ線により組成分析を行
ったところ、炭素30原子％、珪素15原子％、窒素55原子
％であった。EELS分析により炭素及び窒素のＫ端のスペ
クトルを調べところ、284eV及び400eVのエネルギー損失
ピーク強度は消失しいた。これより炭素及び窒素がσ結
合しか持たず、各原子がsp3 結合していることが明らか
になった。
D）を用いて作成した例）原料ガスとしてメタン，アン
モニア，シラン，水素，アルゴンガスを用いた。RF電極
を内部に備えた石英管を管状電気炉で600〜800℃に加熱
する。石英管内を真空排気した後、石英管内に原料ガス
を流し、RF電力を投入して原料の合成を行った。メタ
ン，アンモニア，シラン，水素，アルゴンガス流量をそ
れぞれ30，70，50，100，100sccmとして混合した後に，
石英管内に導入した。RF電圧400〜1000Vを印加して合成
した。作製した粉体の結晶構造をＸ線回折により調べた
ところ六方晶系であった。蛍光Ｘ線により組成分析を行
ったところ、炭素30原子％、珪素15原子％、窒素55原子
％であった。EELS分析により炭素及び窒素のＫ端のスペ
クトルを調べところ、284eV及び400eVのエネルギー損失
ピーク強度は消失しいた。これより炭素及び窒素がσ結
合しか持たず、各原子がsp3 結合していることが明らか
になった。
【００１０】
【実施例5】実施例１で作製した硬質窒素炭素珪素薄膜
をシリコン基板上に形成して、ピン/ディスク型摺動試
験を行った。試験は相対湿度が５％以下の乾燥空気中で
行った。相手側試験片としては直径が１ｍｍのダイヤモ
ンドボールを用いた。試験は２Ｎの荷重のもとに摺動試
験を開始し、５分間の試験で摩擦に大幅な上昇がなけれ
ばさらに荷重を増やして５分間摺動試験を行う、という
手順を繰り返した。そして摩擦の急上昇が生じた荷重を
臨界荷重と定義した。比較として、従来技術により作製
したダイヤモンド状炭素膜について摺動試験を行ったと
ころ、臨界荷重は40Ｎであった。実施例１で作製した硬
質窒素炭素珪素薄膜について摺動試験を行ったところ65
Ｎの臨界荷重を示した。本発明による窒素炭素珪素薄膜
を用いた摺動材、磁気記録媒体、切削加工工具は、従来
技術により作製したダイヤモンド状炭素膜を用いた場合
よりも良好な耐摺動性と耐久性を示した。
をシリコン基板上に形成して、ピン/ディスク型摺動試
験を行った。試験は相対湿度が５％以下の乾燥空気中で
行った。相手側試験片としては直径が１ｍｍのダイヤモ
ンドボールを用いた。試験は２Ｎの荷重のもとに摺動試
験を開始し、５分間の試験で摩擦に大幅な上昇がなけれ
ばさらに荷重を増やして５分間摺動試験を行う、という
手順を繰り返した。そして摩擦の急上昇が生じた荷重を
臨界荷重と定義した。比較として、従来技術により作製
したダイヤモンド状炭素膜について摺動試験を行ったと
ころ、臨界荷重は40Ｎであった。実施例１で作製した硬
質窒素炭素珪素薄膜について摺動試験を行ったところ65
Ｎの臨界荷重を示した。本発明による窒素炭素珪素薄膜
を用いた摺動材、磁気記録媒体、切削加工工具は、従来
技術により作製したダイヤモンド状炭素膜を用いた場合
よりも良好な耐摺動性と耐久性を示した。
【００１１】
【実施例6】実施例１で作製した硬質窒素炭素珪素薄膜
を電子線源として用いた平面ディスプレーを作製した。
作製方法を述べる。まずガラス基板上に電極として膜厚
1μmの銅薄膜を真空蒸着により形成する。フォトレジス
トを用いて帯状の電極形状にパターンを形成した後、イ
オンミリングにより銅薄膜を加工し、レジストを除去す
る。その上に絶縁物として膜厚20μmのアルミナ薄膜をR
Fスパッタリングにより形成する。再びフォトレジスト
を用いて所定の形状にパターンを形成した後、イオンミ
リングによりアルミナを加工して、レジストを除去す
る。こうしてガラス基板上に銅/アルミナ二層膜におい
て所定の形状パターンに銅電極が露出した構造が形成さ
れた。この上に実施例１で作製した硬質窒素炭素珪素薄
膜を膜厚0.2μmとなるように形成すると、露出した銅電
極上に窒素炭素珪素薄膜が堆積する。別のガラス基板に
透明電極をスパッタリングにより形成し、フォトレジス
トを用いて帯状の電極形状にパターンを形成した後、イ
オンミリングにより透明電極薄膜を加工し、レジストを
除去する。この透明電極上に蛍光体を塗布する。このガ
ラス基板と先述の窒素炭素珪素薄膜を形成したガラス基
板を、帯状銅電極と帯状透明電極が直交するように0.5
ｍｍのスペーサーを介して張り合わせ、ガラス板間を真
空封止する。こうして銅電極をアドレス陰極、透明電極
をアドレス陽極とする発光デバイスを作製した。陰極ー
陽極間に電圧を印加すると実施例１で作製した窒素炭素
珪素薄膜から電子が放出され、蛍光体が発光した。電極
駆動用の半導体集積回路と組み合わせることにより、平
面ディスプレーが実現できた。
を電子線源として用いた平面ディスプレーを作製した。
作製方法を述べる。まずガラス基板上に電極として膜厚
1μmの銅薄膜を真空蒸着により形成する。フォトレジス
トを用いて帯状の電極形状にパターンを形成した後、イ
オンミリングにより銅薄膜を加工し、レジストを除去す
る。その上に絶縁物として膜厚20μmのアルミナ薄膜をR
Fスパッタリングにより形成する。再びフォトレジスト
を用いて所定の形状にパターンを形成した後、イオンミ
リングによりアルミナを加工して、レジストを除去す
る。こうしてガラス基板上に銅/アルミナ二層膜におい
て所定の形状パターンに銅電極が露出した構造が形成さ
れた。この上に実施例１で作製した硬質窒素炭素珪素薄
膜を膜厚0.2μmとなるように形成すると、露出した銅電
極上に窒素炭素珪素薄膜が堆積する。別のガラス基板に
透明電極をスパッタリングにより形成し、フォトレジス
トを用いて帯状の電極形状にパターンを形成した後、イ
オンミリングにより透明電極薄膜を加工し、レジストを
除去する。この透明電極上に蛍光体を塗布する。このガ
ラス基板と先述の窒素炭素珪素薄膜を形成したガラス基
板を、帯状銅電極と帯状透明電極が直交するように0.5
ｍｍのスペーサーを介して張り合わせ、ガラス板間を真
空封止する。こうして銅電極をアドレス陰極、透明電極
をアドレス陽極とする発光デバイスを作製した。陰極ー
陽極間に電圧を印加すると実施例１で作製した窒素炭素
珪素薄膜から電子が放出され、蛍光体が発光した。電極
駆動用の半導体集積回路と組み合わせることにより、平
面ディスプレーが実現できた。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、珪素、炭素、窒素間に
ｓｐ３結合を安定に形成できるため、きわめて高硬度の
窒素炭素珪素薄膜を得ることができる。特に摺動部品、
磁気記録媒体、工具等の表面保護膜として用いれば耐摩
耗性に優れた効果を示す。また、本発明による窒化炭素
薄膜は高効率な電子放出特性を示し、大面積の平面型デ
ィスプレーを提供できる。
ｓｐ３結合を安定に形成できるため、きわめて高硬度の
窒素炭素珪素薄膜を得ることができる。特に摺動部品、
磁気記録媒体、工具等の表面保護膜として用いれば耐摩
耗性に優れた効果を示す。また、本発明による窒化炭素
薄膜は高効率な電子放出特性を示し、大面積の平面型デ
ィスプレーを提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF09 FF20 FF22 4K029 BA54 BC02 BD00 BD04 BD05 BD11 CA02 CA06 DB20 4K030 AA06 AA13 AA17 AA18 BA29 BA41 FA01 LA11 LA20 LA22 LA23 5D006 AA02
Claims (9)
- 【請求項１】 窒化炭素膜に珪素を含有させることによ
り炭素の一部を珪素で置換して、窒素炭素珪素材料を形
成させた窒素炭素珪素系硬質材料。 - 【請求項２】 炭素組成が20〜40原子％、珪素組成が15
〜30原子％、残余窒素であることを特徴とする請求項１
記載の窒素炭素珪素系硬質材料。 - 【請求項３】 炭化珪素を窒素雰囲気中でＲＦスパッタ
ーリング若しくはレーザーアブレーションすることによ
り、窒素炭素珪素系硬質材料を製造する方法。 - 【請求項４】 窒化珪素及び窒化炭素を高温高圧処理す
る窒素炭素珪素系硬質材料を製造する方法。 - 【請求項５】 気体状の炭素化合物、気体状の珪素化合
物及び気体状の窒素化合物を含む雰囲気中で、化学気相
合成法（ＣＶＤ）を行う窒素炭素珪素系硬質材料を製造
する方法。 - 【請求項６】 請求項１又は請求項２に記載の窒素炭素
珪素系硬質材料を表面保護膜として用いることを特徴と
する摺動材。 - 【請求項７】 請求項１又は請求項２に記載の窒素炭素
珪素系硬質材料を、表面保護膜として用いることを特徴
とする磁気記録媒体。 - 【請求項８】 請求項１又は請求項２に記載の窒素炭素
珪素系硬質材料を、表面保護膜として用いることを特徴
とする切削加工工具。 - 【請求項９】 請求項１又は請求項２に記載の窒素炭素
珪素系硬質材料を、電子線源の電極に表面保護膜として
用いることを特徴とする電子線源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000364336A JP3557455B2 (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 窒素炭素珪素系硬質材料、その製造方法及びその用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000364336A JP3557455B2 (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 窒素炭素珪素系硬質材料、その製造方法及びその用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002167206A true JP2002167206A (ja) | 2002-06-11 |
| JP3557455B2 JP3557455B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=18835300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000364336A Expired - Lifetime JP3557455B2 (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 窒素炭素珪素系硬質材料、その製造方法及びその用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3557455B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1571658A3 (en) * | 2004-03-03 | 2005-11-16 | NEC Corporation | Optical information recording medium and method of manufacturing the same |
| JP2008254144A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Osg Corp | 硬質被膜および硬質被膜被覆工具 |
| JP2008254145A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Osg Corp | 硬質被膜および硬質被膜被覆工具 |
| JP2018001194A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 京セラ株式会社 | 溶接用エンドタブ |
-
2000
- 2000-11-30 JP JP2000364336A patent/JP3557455B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1571658A3 (en) * | 2004-03-03 | 2005-11-16 | NEC Corporation | Optical information recording medium and method of manufacturing the same |
| JP2008254144A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Osg Corp | 硬質被膜および硬質被膜被覆工具 |
| JP2008254145A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Osg Corp | 硬質被膜および硬質被膜被覆工具 |
| JP2018001194A (ja) * | 2016-06-29 | 2018-01-11 | 京セラ株式会社 | 溶接用エンドタブ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3557455B2 (ja) | 2004-08-25 |
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