JP2021134412A - Covering material including bcn coating or bcno coating and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、BCN被膜又はBCNO被膜を有する被覆材並びにそれらの製造方法に関する。更に詳しくは、基材との密着性に優れ硬質のBCN被膜を有する被覆材、及び紫外線照射下で蛍光特性を示すBCNO被膜を有する被覆材、並びにそれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a coating material having a BCN coating or a BCNO coating, and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a coating material having a hard BCN coating having excellent adhesion to a substrate, a coating material having a BCNO coating exhibiting fluorescence characteristics under ultraviolet irradiation, and a method for producing them.
六方晶窒化ホウ素(h−BN)はグラファイトと類似した結晶構造であり、ホウ素原子と窒素原子の六員環格子で成る原子層が積層された構造を持つ。窒化ホウ素はワイドギャップ半導体(電気絶縁体)である。また、高熱伝導性の半導体基板や誘電材料として使われている。h−BNのBやNの一部が炭素で置換された炭窒化ホウ素(BCN)は、電気導電性のグラファイトと電気絶縁体のh−BNとの中間の特性を持つ。 Hexagonal boron nitride (h-BN) has a crystal structure similar to graphite, and has a structure in which an atomic layer composed of a six-membered ring lattice of boron atoms and nitrogen atoms is laminated. Boron nitride is a wide-gap semiconductor (electric insulator). It is also used as a semiconductor substrate and a dielectric material with high thermal conductivity. Boron nitride (BCN) in which a part of B or N of h-BN is replaced with carbon has an intermediate property between electrically conductive graphite and h-BN of an electric insulator.
BCNは、半導体デバイス、光学部品、切削工具の硬質コーティングや摺動部材として有用である。また、蛍光材料としても、BCNの組成を変化させることで蛍光波長を調整できることが理論的に予測されているが、フルカラーの蛍光特性は実験的に発現しておらず、また、発光強度(量子効率)も低い(例えば、非特許文献1参照。)。 BCN is useful as a hard coating or sliding member for semiconductor devices, optical components, and cutting tools. Further, as a fluorescent material, it is theoretically predicted that the fluorescence wavelength can be adjusted by changing the composition of BCN, but the full-color fluorescence characteristic has not been experimentally expressed, and the emission intensity (quantum). Efficiency) is also low (see, for example, Non-Patent Document 1).
半導体デバイスや硬質コーティング応用や光学部品の小型化・高効率化、または無機LEDの作製には薄膜形態であることが望ましい。 A thin film form is desirable for semiconductor devices, hard coating applications, miniaturization and high efficiency of optical components, and fabrication of inorganic LEDs.
基材上にアミノボラン錯体を昇華させ、BNやBCNなどの窒化ホウ素材料を製造する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に記載のBNやBCNはナノチューブ形態である。また、アミノボラン錯体を昇華させた後、酸素を含む環境下においてアニール処理することで多孔質窒化ホウ素材料の製造方法が示されている。
A method for producing a boron nitride material such as BN or BCN by sublimating an aminoboran complex on a base material is disclosed (see, for example, Patent Document 1). The BN and BCN described in
緻密質なBCN被膜の作製には、化学気相析出法(CVD)またはパルスレーザー堆積法やスパッタ法などの物理蒸着法が用いられる。CVDでは、ホウ素原料として三塩化ホウ素(BCl3)やジボラン、窒素原料としてアンモニア、炭素原料としてアセチレンやメタンなどの炭化水素ガスや四塩化炭素を用いることが一般的である。
しかしながら、これらの原料は、爆発性や腐食性、発火性といった危険性が高く、ハンドリング性や安全性の確保が課題である。また、これら危険性の高いガスを複数個組み合わせるために複雑な装置となることや除害設備が必須なことにより生産や研究開発環境の制限は厳しく、より簡便で環境負荷や危険性を低減した製造プロセスが求められている。
A chemical vapor deposition method (CVD) or a physical vapor deposition method such as a pulse laser deposition method or a sputtering method is used to prepare a dense BCN film. In CVD, it is common to use boron trichloride (BCl 3 ) or diborane as a boron raw material, ammonia as a nitrogen raw material, and a hydrocarbon gas such as acetylene or methane or carbon tetrachloride as a carbon raw material.
However, these raw materials have a high risk of explosiveness, corrosiveness, and flammability, and ensuring handleability and safety is an issue. In addition, the production and R & D environment is severely restricted due to the complicated equipment required to combine multiple high-risk gases and the indispensable abatement equipment, making it simpler and reducing the environmental load and danger. A manufacturing process is required.
CVD原料にジボランや塩化物を使用しないBCNの製造方法として、ホウ素、炭素、窒素の原料として有機化合物を原料とし、プラズマCVDによりBCN被膜を製造できることが開示されている(非特許文献2参照。)。
しかしながら、一般に、プラズマCVDでは、基材だけでなく、製造装置の内壁又は装置内の備品を汚染させるため、炉内清掃などの装置保守管理が難しい。
As a method for producing BCN that does not use diborane or chloride as a CVD raw material, it is disclosed that an organic compound can be used as a raw material for boron, carbon, and nitrogen, and a BCN film can be produced by plasma CVD (see Non-Patent Document 2). ).
However, in general, plasma CVD contaminates not only the base material but also the inner wall of the manufacturing apparatus or the equipment inside the apparatus, so that it is difficult to maintain and manage the apparatus such as cleaning the inside of the furnace.
BCNに酸素を加えた酸炭窒化ホウ素(BCNO)は紫外線照射下で発光する(蛍光体である)。BCNOの量子効率は高く、BやCの組成比を変えることで発光波長を制御でき、希土類金属を含有しない蛍光材料であることが開示されている(例えば、非特許文献3参照。)。これまでに、粉末形態または粉末を樹脂等で固化したBCNOの成形体は作製されている。 Boron nitride (BCNO) obtained by adding oxygen to BCN emits light under ultraviolet irradiation (it is a phosphor). It is disclosed that BCNO has a high quantum efficiency, the emission wavelength can be controlled by changing the composition ratio of B and C, and it is a fluorescent material containing no rare earth metal (see, for example, Non-Patent Document 3). So far, a molded body of BCNO in which the powder is solidified with a resin or the like has been produced.
一般に、ディスプレイやLEDに使用される蛍光材料は、発光中心となる希土類金属や遷移金属を含有する。BCNOのように金属元素を含まない蛍光体は、環境や人体への影響が少く、資源リスクの少ない元素戦略的にも有利な蛍光材料である。
従って、これらBCNやBCNOの薄膜およびそれらの製造プロセスは、半導体部品、光学部品、硬質・耐摩耗部品、各種蛍光体、無機LEDなどの高機能化や人体・環境負荷の低減が期待できる。
Generally, fluorescent materials used for displays and LEDs contain rare earth metals and transition metals that serve as light emitting centers. A fluorescent material that does not contain a metal element, such as BCNO, is an elemental strategically advantageous fluorescent material that has little impact on the environment and the human body and has a low resource risk.
Therefore, these BCN and BCNO thin films and their manufacturing processes can be expected to enhance the functionality of semiconductor parts, optical parts, hard / wear-resistant parts, various phosphors, inorganic LEDs, etc., and reduce the human body / environmental load.
これまでに、CVD法によりBCNO被膜が製造されているが、膜厚は数nm程度と薄く、蛍光特性を示したものは見当たらない。
ここで、メタン、ホウ酸、アンモニアを原料としたCVDによりBCNO被膜の製造方法が開示されている(例えば、非特許文献4参照。)。非特許文献4によれば、BCNOの膜厚は10nm以下であり、蛍光特性に関する記載はない。
So far, BCNO coatings have been produced by the CVD method, but the film thickness is as thin as several nm, and no one showing fluorescence characteristics is found.
Here, a method for producing a BCNO film by CVD using methane, boric acid, and ammonia as raw materials is disclosed (see, for example, Non-Patent Document 4). According to Non-Patent Document 4, the film thickness of BCNO is 10 nm or less, and there is no description regarding the fluorescence characteristics.
本発明は、前記課題に鑑みてされたものであり、硬質材でありBCNOの前駆体となるBCN被膜を有する第1被覆材、及び紫外線照射下で蛍光特性を示すBCNO被膜を有する第2被覆材、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、環境負荷や危険性の低減効果を有する、被覆材の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a first coating material having a BCN coating which is a hard material and is a precursor of BCNO, and a second coating having a BCNO coating which exhibits fluorescence characteristics under ultraviolet irradiation. It is an object of the present invention to provide materials and methods for producing them. Another object of the present invention is to provide a method for producing a coating material, which has an effect of reducing an environmental load and a risk.
本発明者らは、光学部品、半導体部品、硬質・耐摩耗性部品等において、基材と、その表面に配された無機被膜を有する被覆材及びその製造方法について検討を行い、本発明を完成するに至った。
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1]本発明の第1被覆材は、基材と、該基材の表面の少なくとも一部を被覆するBCN被膜とを備え、紫外線照射下では蛍光を発しないことを特徴とする。
[2]本発明の第1被覆材では、前記BCN被膜の酸素含有量が5原子%未満とすることができる。
[3]本発明の第2被覆材は、基材と、該基材の表面の少なくとも一部を被覆するBCNO被膜とを備え、紫外線照射下では蛍光を発することを特徴とする。
[4]本発明の第2被覆材では、前記BCNO被膜の最表面の酸素含有量が、5原子%以上であり、BxCyNzO(1―x−y−z)とすると、B原子モル比(x)は0.2〜0.7、C原子モル比(y)は0.01〜0.6、N原子モル比(z)は0.1〜0.6、O原子モル比(1―x−y−z)は0.05〜0.5とすることができる。
[5]本発明の第2被覆材では、前記BCNO被膜は、断面微細構造観察において層間隔が0.5nm以下の層状構造を有し、少なくとも10nm以上の領域において各層の面が基材と平行に配置することができる。
[6]本発明の第2被覆材では、前記BCNO被膜は、励起波長200〜450nmの照射下で発光波長400〜800nmの蛍光特性を有することができる。
[7]本発明の第1被覆材の製造方法は、酸素原子を含むガスを供給しない状態においてホウ素原子を含む有機化合物の気化物を前記基材の表面に滞留させた状態で、該気化物にパワー密度が30W/cm2以上のレーザーを照射することを特徴とする。
[8]本発明の第2被覆材の製造方法は、第1被覆材を大気下又は減圧下の酸素が存在する雰囲気においてアニーリング処理により製造することができる。
[9]本発明の他の第2被覆材の製造方法は、ホウ素原子を含む有機化合物の気化物と酸化ガスとの混合物を基材の表面に滞留させた状態で、該気化物にパワー密度が30W/cm2以上のレーザーを照射することにより製造することを特徴とする。
The present inventors have studied a base material, a coating material having an inorganic coating arranged on the surface thereof, and a method for manufacturing the same in optical parts, semiconductor parts, hard / wear-resistant parts, etc., and completed the present invention. I came to do it.
The means for solving the above problems are as follows.
[1] The first coating material of the present invention comprises a base material and a BCN coating that covers at least a part of the surface of the base material, and is characterized in that it does not emit fluorescence under ultraviolet irradiation.
[2] In the first coating material of the present invention, the oxygen content of the BCN coating can be less than 5 atomic%.
[3] The second coating material of the present invention comprises a base material and a BCNO coating film that covers at least a part of the surface of the base material, and is characterized in that it emits fluorescence under ultraviolet irradiation.
[4] In the second coating material of the present invention, assuming that the oxygen content on the outermost surface of the BCNO coating is 5 atomic% or more and B x C y N z O (1-x-y-z) . The B-atom molar ratio (x) is 0.2 to 0.7, the C-atom molar ratio (y) is 0.01 to 0.6, the N-atom molar ratio (z) is 0.1 to 0.6, and O atoms. The molar ratio (1-x-yz) can be 0.05 to 0.5.
[5] In the second coating material of the present invention, the BCNO coating has a layered structure having a layer spacing of 0.5 nm or less in cross-sectional microstructure observation, and the surface of each layer is parallel to the substrate in a region of at least 10 nm or more. Can be placed in.
[6] In the second coating material of the present invention, the BCNO coating can have a fluorescence characteristic of an emission wavelength of 400 to 800 nm under irradiation with an excitation wavelength of 200 to 450 nm.
[7] In the method for producing the first coating material of the present invention, the vaporized product of an organic compound containing a boron atom is retained on the surface of the base material in a state where a gas containing an oxygen atom is not supplied. It is characterized by irradiating a laser having a power density of 30 W / cm 2 or more.
[8] In the method for producing the second coating material of the present invention, the first coating material can be produced by an annealing treatment in an atmosphere in which oxygen is present under air or reduced pressure.
[9] In another method for producing the second coating material of the present invention, a mixture of a vaporized substance of an organic compound containing a boron atom and an oxidizing gas is retained on the surface of a base material, and the power density is applied to the vaporized substance. It is characterized in that it is produced by irradiating a laser of 30 W / cm 2 or more.
本発明の第1被覆材であれば基材表面に硬質のBCN被膜を備えているため、光学部品、半導体部品、切削工具のコーティング、摺動部材として有用である。また、本発明の第2被覆材の前駆体として有用である。
本発明の第2被覆材であれば、基材との密着性に優れた層状の緻密なBCNO被膜を備えており、紫外線照射下で蛍光特性を示すことができる。そのため、光学部品、半導体部品、無機LEDや発光素子として好適である。
また、本発明の第1被覆材及び第2被覆材の製造方法であれば、製膜室内部の全体を高い温度に設定する必要がなく、従来、公知のCVDの不具合とされた製膜室の内壁への製膜を抑制して、基材の所定位置に、密着性に優れた緻密な無機被膜を形成させることができ、環境負荷と危険性を低減することができる。
Since the first coating material of the present invention has a hard BCN coating on the surface of the base material, it is useful as a coating for optical parts, semiconductor parts, cutting tools, and a sliding member. It is also useful as a precursor for the second coating material of the present invention.
The second coating material of the present invention has a layered and dense BCNO coating having excellent adhesion to the substrate, and can exhibit fluorescence characteristics under ultraviolet irradiation. Therefore, it is suitable as an optical component, a semiconductor component, an inorganic LED, or a light emitting element.
Further, in the method for producing the first coating material and the second coating material of the present invention, it is not necessary to set the entire inside of the film forming chamber to a high temperature, and the film forming chamber which has been conventionally known as a defect of CVD. It is possible to suppress the formation of a film on the inner wall of the substrate and to form a dense inorganic film having excellent adhesion at a predetermined position of the base material, and it is possible to reduce the environmental load and the risk.
[1]第1被覆材
本発明の被覆材10は、図1に示すように、基材20と、基材20の表面20aの少なくとも一部を被覆するBCN被膜30と、を備える。そして、紫外線照射下では、蛍光を発しないことを特徴とする。なお、本明細書において、「〜」を用いて数値範囲等を示す場合、その両端の数値等を含む。
[1] First Coating Material As shown in FIG. 1, the
上記「基材20」は、BCN被膜30で被覆する対象物である。基材20の材質は、少なくとも300℃において溶融及び分解しないという耐熱性を有し、更に、400℃〜2000℃において、被膜を構成する元素であるホウ素、窒素、炭素及び酸素と反応しないものからなるものであれば、特に限定されない。上記基材20の構成材料は、好ましくは無機材料(セラミックス、金属、合金等)であり、例えば、炭素(C)、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、YAG(Y3Al5O12)、ジルコニア(ZrO2)、炭化珪素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化ガリウム(GaN)、シリコン(Si)、炭素、繊維強化炭素複合材料(Cf/C)、繊維強化SiC複合材料(SiCf/SiC)等が挙げられる。
なお、これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
The "
It should be noted that these may be used alone or in combination of two or more.
上記基材20の形状は、特に限定されず、板状、線状、塊状等とすることができ、BCN被膜30を有する上記基材20の表面20aは、平面及び曲面のいずれでもよく、更には、この表面は、平滑であってよいし、凹部又は凸部を有してもよい。
The shape of the
上記「BCN被膜30」を構成するBCNは、ホウ素、炭素、窒素からなる炭窒化ホウ素であり、一般には「BCN」で表される。ホウ素(B)、炭素(C)、窒素(N)は種々の構成比率を採用することができるため、例えば、BxCyNzと表すことができる(ただしx+y+z=1)。
BxCyNzとすると、本願発明においては、BCN被膜30の最表面ではB原子モル比(x)は0.2〜0.6、C原子モル比(y)は0.1〜0.7、N原子モル比(z)は0.1〜0.6、であることが好ましい。x、y、zのいずれか、または複数が0.1未満の場合、窒化ホウ素(BN)、炭化ホウ素(B4C)または炭素(C)に近い組成や結晶構造となるため、酸素が存在する雰囲気でのアニーリング処理によりBCNOとなることは難しい(BCNOの前駆体として有用でない)。なお、ここで「最表面」とは、第1被覆材の表面に対して、3kVのArイオンスパッタ処理(シリカに対するスパッタ速度を20nm/分とする)を最大40分間施して削ることができる表面から1μm以下の深さ域のこととする。また、「BCN被膜30」を構成するBCNには遷移金属元素及び希土類金属元素を実質的に含まない。ここで「元素を実質的に含まない」は光電子分光分析測定において該元素に由来するピークが観測されないこととする。
炭窒化ホウ素からなるBCN被膜における不純物としての酸素含有量は、BCN被膜全体を100原子%とした場合に、最表面において5原子%未満であり、その全体において、一定であっても、断面方向に異なってもよい。後者の場合、BCN被膜のすべての部分において、酸素含有量が5原子%未満であることが好ましく、より好ましくは3原子%以下であり、更に好ましくは2原子%以下である。酸素含有量が少ないほど、BCN被膜の硬度を高めることができ、被覆材としてより優れた硬質材料を提供することができる。
The BCN constituting the "
Assuming that B x C y N z , in the present invention, the B atomic molar ratio (x) is 0.2 to 0.6 and the C atomic molar ratio (y) is 0.1 to 0 on the outermost surface of the
The oxygen content as an impurity in the BCN coating made of boron nitride is less than 5 atomic% on the outermost surface when the entire BCN coating is 100 atomic%, and even if it is constant in the entire BCN coating, the cross-sectional direction May be different. In the latter case, the oxygen content in all parts of the BCN coating is preferably less than 5 atomic%, more preferably 3 atomic% or less, still more preferably 2 atomic% or less. The lower the oxygen content, the higher the hardness of the BCN coating, and the more excellent the hard material as the coating material can be provided.
本発明の第1被覆材10において、BCN被膜30の厚さは、各種用途に好適な光学部品、半導体部品、硬質・耐摩耗部品として有用であることから、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm〜1mm、更に好ましくは200nm〜100μmである。また、BCN被膜30と基材20の界面には空隙や亀裂は存在せず、互いが密着することが好ましい。
In the
[2]第2被覆材
本発明の第2被覆材40は、図8に示すように、基材20と、基材20の表面20aの少なくとも一部を被覆するBCNO被膜50と、を備える。
前記「被覆」は、BCNO被膜50が基材20の表面20aに密着して直接的に被覆する場合のほか、基材20の表面20aに形成されたBCN被膜30を介して間接的に被覆する場合を含む。
そして、第2被覆材40は、紫外線照射下では、蛍光を発することを特徴とする。
「基材20」については、第1被覆材10の基材と同様であり前述した通りである。
[2] Second Coating Material As shown in FIG. 8, the
The "coating" includes a case where the
The
The “
上記「BCNO被膜40」を構成するBCNOは、ホウ素、炭素、窒素、酸素からなる酸炭窒化ホウ素であり、一般には「BCNO」で表される。ホウ素(B)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)は種々の構成比率を採用することができるため、例えば、BxCyNzO(1―x−y−z)と表すことができる。
BxCyNzO(1―x−y−z)とすると、本願発明においては、BCNO被膜40の最表面ではB原子モル比(x)は0.2〜0.7、C原子モル比(y)は0.1〜0.6、N原子モル比(z)は0.1〜0.6、O原子モル比(1―x−y−z)はであることが好ましい。B原子モル比(x)は0.2〜0.7、C原子モル比(y)は0.01〜0.6、N原子モル比(z)は0.1〜0.6、O原子モル比(1―x−y−z)は0.05〜0.5であることが好ましい。なお、ここで「最表面」とは、第2被覆材の表面に対して、3kVのArイオンスパッタ処理(シリカに対するスパッタ速度を20nm/分とする)を最大40分間施して削ることができる表面から1μm以下の深さ域のこととする。また、BCNO被膜40を構成するBCNOには遷移金属元素及び希土類金属元素を実質的に含まない。ここで「元素を実質的に含まない」は光電子分光分析測定において該元素に由来するピークが観測されないこととする。第2被覆材40におけるBCNO被膜は、非晶質及び結晶質のいずれでもよい。透光性でもよく、白色〜黒色でも着色していてもよい。
The BCNO constituting the "
Assuming that B x C y N z O ( 1-x-y-z) , in the present invention, the B atomic molar ratio (x) is 0.2 to 0.7 on the outermost surface of the
第2被覆材40におけるBCNO被膜50は、図8に模式的に示すように、基材20の表面(製膜面)20aと平行に各層501、502が形成され、層間隔Wの層状に形成されている。
図10に示すように、基材20の表面20aに対して垂直方向の被膜50の断面の透過型電子顕微鏡(TEM)観察において、観察倍率100,000倍以上で層間隔Wが0.5nm以下の層状構造に形成され、各層の面は基材表面20aと平行に配置されていることが確認される。
一般に、粉末合成により作製されたBCNO粒子では、酸素と窒素が固溶した窒化ホウ素の乱層構造(層間隔は約0.34nm)が発光起源と考えられている。このようなBCNO粒子中の層構造の方向は数nm程度の領域では揃っているが、10nm以上のサイズで層の方向が揃っていることはない。
一方、本発明におけるBCNO被膜は、透過型電子顕微鏡観察において少なくとも10nm以上の領域で層構造の方向は揃っている。このような発光起源となる層構造に方向性をもつBCNO被膜は、高発光効率や指向性の発現など優れた蛍光特性を有することが期待できる。
In the
As shown in FIG. 10, in the transmission electron microscope (TEM) observation of the cross section of the
Generally, in BCNO particles produced by powder synthesis, it is considered that the origin of light emission is a random layer structure of boron nitride in which oxygen and nitrogen are solid-solved (layer spacing is about 0.34 nm). The directions of the layer structures in such BCNO particles are aligned in a region of about several nm, but the directions of the layers are not aligned in a size of 10 nm or more.
On the other hand, the BCNO coating film in the present invention has a uniform layer structure in a region of at least 10 nm or more when observed with a transmission electron microscope. Such a BCNO coating having directionality in the layer structure that is the origin of light emission can be expected to have excellent fluorescence characteristics such as high luminous efficiency and directivity.
本発明の第2被覆材におけるBCNO被膜は、紫外線照射下において蛍光(フォトルミネッセンス)を示す。励起波長は紫外から短波長の可視域であれば特に限定せず、例えば200nm〜450nmが好ましい。発光波長は無機被膜の組成により400nm〜800nmに調整可能である。 The BCNO coating in the second coating material of the present invention exhibits fluorescence (photoluminescence) under ultraviolet irradiation. The excitation wavelength is not particularly limited as long as it is in the visible region from ultraviolet to short wavelength, and is preferably 200 nm to 450 nm, for example. The emission wavelength can be adjusted from 400 nm to 800 nm depending on the composition of the inorganic film.
本発明の第2被覆材において、基材20の表面20aに対するBCNO被膜の垂直方向の厚さは、各種用途に好適な発光素子、蛍光体として有用であることから、好ましくは10nm以上、より好ましくは100nm〜1mm、更に好ましくは200nm〜100μmである。
In the second coating material of the present invention, the thickness of the BCNO coating film in the vertical direction with respect to the
[3]第1被覆材の製造方法
本発明における第1被覆材の製造方法は、酸素原子を含むガスを供給しない状態においてホウ素原子を含む有機化合物(以下、「ホウ素原子含有有機化合物」という。)の気化物を基材20の表面20aに滞留させた状態で、該気化物にパワー密度が30W/cm2以上のレーザーを照射することを特徴とする。
即ち、本製造方法は、基材20の表面20aの少なくとも一部を被覆するBCN被膜30を形成することによって、被覆材10を製造する方法ということができる。
[3] Method for Producing First Coating Material The method for producing the first coating material in the present invention is referred to as an organic compound containing a boron atom (hereinafter, referred to as "boron atom-containing organic compound") in a state where a gas containing an oxygen atom is not supplied. ) Is retained on the
That is, this manufacturing method can be said to be a method of manufacturing the covering
本発明における第1被覆材の製造方法では、原料ガスとして、ホウ素原子含有有機化合物の気化物のみが用いられる。従来、公知のCVDによりセラミックスからなる無機被膜を製造する場合、無機被膜を形成する複数の原料成分(ジボラン、ハロゲン化合物、炭化水素、水素、アンモニア等)を用いることが一般的であった。
一方、本発明の第1被覆材の製造方法では、1種類の原料成分、即ち、ホウ素原子含有有機化合物によりBCN被膜を形成することができる。
また、本発明におけるBCN被膜30の形成は、従来のCVD法と同様、密閉空間で行うものである。従来のCVD法において、上記のような複数の原料成分を混合状態としてこれらを反応させると、製造装置の内壁又は装置内の備品を汚染させることとなったが、本発明では、レーザー照射による基材への局部加熱及び被膜形成を行うため、上記不具合は抑制される。
In the method for producing the first coating material in the present invention, only a vaporized product of a boron atom-containing organic compound is used as a raw material gas. Conventionally, when an inorganic film made of ceramics is produced by known CVD, it has been common to use a plurality of raw material components (diborane, halogen compound, hydrocarbon, hydrogen, ammonia, etc.) for forming the inorganic film.
On the other hand, in the method for producing the first coating material of the present invention, a BCN film can be formed by one kind of raw material component, that is, a boron atom-containing organic compound.
Further, the
上記ホウ素原子含有有機化合物は、沸点において分解することなく気化するものであれば、特に限定されない。上記ホウ素原子含有有機化合物は、炭素原子、窒素原子及びホウ素原子を含む化合物であり、好ましくは、0℃〜250℃の温度で気化する化合物である。
本発明においては、炭素原子、窒素原子、水素原子及びホウ素原子を含む化合物が特に好ましく、この化合物は、気化後に腐食性ガスを発生させないことからも、好ましい。
炭素原子、水素原子、窒素原子及びホウ素原子を含むホウ素原子含有有機化合物は、好ましくは、一般式:B(NCnH2n+1CmH2m+1)3(式中、nは1〜5の整数、mは1〜5の整数)もしくはB2(NCnH2n+1CmH2m+1)4で表されるテトラキス(アルキルアミド)ジボランである。このテトラキス(アルキルアミド)ホウ素としては、B(NCH3C2H5)3で表されるトリ(エチルメチルアミド)ホウ素、トリ(ジメチルアミド)ホウ素、トリ(ジエチルアミド)ホウ素、テトラキス(エチルメチルアミド)ジボラン、テトラキス(ジメチルアミド)ジボラン、テトラキス(ジエチルアミド)ジボラン等が挙げられ、これらのうち、テトラキス(ジメチルアミド)ジボランが好ましい。
The boron atom-containing organic compound is not particularly limited as long as it vaporizes without decomposition at the boiling point. The boron atom-containing organic compound is a compound containing a carbon atom, a nitrogen atom and a boron atom, and is preferably a compound that vaporizes at a temperature of 0 ° C. to 250 ° C.
In the present invention, a compound containing a carbon atom, a nitrogen atom, a hydrogen atom and a boron atom is particularly preferable, and this compound is also preferable because it does not generate a corrosive gas after vaporization.
A boron atom-containing organic compound containing a carbon atom, a hydrogen atom, a nitrogen atom and a boron atom is preferably a general formula: B (NC n H 2n + 1 Cm H 2m + 1 ) 3 (in the formula, n is an integer of 1 to 5). m is an integer of 1 to 5) or B 2 (NC n H 2n + 1 C m H 2m + 1 ) 4 is a tetrakis (alkylamide) diboron. The tetrakis (alkylamide) boron includes tri (ethylmethylamide) boron represented by B (NCH 3 C 2 H 5 ) 3 , tri (dimethylamide) boron, tri (diethylamide) boron, and tetrakis (ethylmethylamide). ) Diboran, tetrakis (dimethylamide) diboran, tetrakis (diethylamide) diboran and the like, and among these, tetrakis (dimethylamide) diboran is preferable.
ホウ素原子含有有機化合物の気化物を調製する方法は、特に限定されず、従来、公知の加熱方法、バブリング方式による気化方法等が適用される。
第1被覆材の製造方法で用いられるホウ素原子含有有機化合物の気化物は、1種のみでも、2種以上でもよい。また、上記にホウ素原子含有有機化合物のほかにも、尿素(CH4N2O)やヘキサメチレンテトラミン(C6H12N4)などのN含有機化合物の気化物や水素、アンモニアなどのガスを加えてもよい。
The method for preparing the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is not particularly limited, and conventionally known heating methods, vaporization methods by bubbling method, and the like are applied.
The vaporized product of the boron atom-containing organic compound used in the method for producing the first coating material may be only one type or two or more types. In addition to the above-mentioned boron atom-containing organic compounds, vaporized compounds of N-containing machine compounds such as urea (CH 4 N 2 O) and hexamethylenetetramine (C 6 H 12 N 4) and gases such as hydrogen and ammonia. May be added.
第1被覆材の製造方法において、レーザーを照射する前には、ホウ素原子含有有機化合物の気化物を基材の表面に滞留させる。滞留はどのように行ってもよいが、通常、ホウ素原子含有有機化合物の気化物を製膜室(通常、圧力調節できるように密閉された空間である。尚、製膜装置に関しては後述する。)に導入することにより実現できる。
酸素原子を含むガスを供給しない状態において、ホウ素原子を含む有機化合物の気化物を含むガス流を前記基材の表面に滞留させた状態で、該気化物にパワー密度が30W/cm2以上のレーザーを照射することを特徴とする。
上記気化物を供給する方法は、特に限定されず、連続的供給又は間欠的供給により、製膜を安定的に進めることができる。気化物を供給する場合、キャリヤーガス(不活性ガス)を利用する方法、真空引きにより気化物を流動させる方法等が挙げられる。気化物の供給速度(ガス流の線速)は、好ましくは0.01〜100cm/秒、より好ましくは0.1〜10cm/秒である。
製膜環境(被膜30を形成する環境)は、限定されないが、減圧環境を用いることが好ましい。減圧時の製膜室の圧力は、特に限定されないが、好ましくは20〜10000Pa、より好ましくは100〜2000Paである。尚、気化物を製膜室内に供給する前に、予め、製膜室内を減圧状態とし、好ましくは酸素分圧50Pa以下としておくことにより、酸素ガス、水分等の影響を抑制し、酸素含有量が5原子%未満の炭窒化ホウ素からなるBCN被膜30を有する被覆材10を効率よく製造することができる。
In the method for producing the first coating material, the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is retained on the surface of the base material before the laser irradiation. The retention may be carried out in any way, but usually, the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is placed in a film-forming chamber (usually, a space sealed so that the pressure can be adjusted. The film-forming device will be described later. ) Can be realized.
In a state where a gas containing an oxygen atom is not supplied, a gas flow containing a vaporized product of an organic compound containing a boron atom is retained on the surface of the base material, and the power density of the vaporized product is 30 W / cm 2 or more. It is characterized by irradiating a laser.
The method of supplying the vaporized product is not particularly limited, and the film formation can be stably promoted by continuous supply or intermittent supply. When supplying the vaporized product, a method using a carrier gas (inert gas), a method of flowing the vaporized product by evacuation, and the like can be mentioned. The supply rate of the vaporized product (linear velocity of the gas flow) is preferably 0.01 to 100 cm / sec, more preferably 0.1 to 10 cm / sec.
The film-forming environment (environment for forming the film 30) is not limited, but it is preferable to use a reduced pressure environment. The pressure in the film forming chamber at the time of depressurization is not particularly limited, but is preferably 20 to 10000 Pa, more preferably 100 to 2000 Pa. Before supplying the vaporized product to the membrane-forming chamber, the membrane-forming chamber is decompressed in advance, and the oxygen partial pressure is preferably 50 Pa or less to suppress the influence of oxygen gas, water, etc., and the oxygen content. The
本発明における第1被覆材の製造方法では、ホウ素原子含有有機化合物の気化物を基材の表面に滞留させた状態で、該気化物にレーザーを照射する。
使用するレーザーは特に限定されないが、半導体レーザー、固体レーザー、気体レーザー等を用いることができる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、発振モードも限定されず、連続発振及びパルス発振のいずれでもよいが、好ましくは連続発振である。発振されるレーザー光の波長も限定されないが、通常、100〜10800nmである。
好ましいレーザーとしては、エキシマレーザー(波長:193〜351nm)、Nd:YAGレーザー(波長:1064nm)、インジウムガリウム砒素リン又はアルミニウムガリウム砒素を用いた半導体レーザー(波長:800〜900nm)、炭酸ガスレーザー(波長:10.8μm)、ファイバーレーザー(波長:1604nm)等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。これらのうち、Nd:YAGレーザー及び半導体レーザーが好ましい。
In the method for producing the first coating material in the present invention, the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is irradiated with a laser in a state of being retained on the surface of the base material.
The laser used is not particularly limited, but a semiconductor laser, a solid-state laser, a gas laser, or the like can be used. Only one of these may be used, or two or more thereof may be used in combination. Further, the oscillation mode is not limited, and either continuous oscillation or pulse oscillation may be used, but continuous oscillation is preferable. The wavelength of the oscillated laser light is also not limited, but is usually 100 to 10800 nm.
Preferred lasers include an excima laser (wavelength: 193 to 351 nm), an Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm), a semiconductor laser using indium gallium arsenic phosphorus or aluminum gallium arsenic (wavelength: 800 to 900 nm), and a carbon dioxide gas laser (wavelength: 800 to 900 nm). Wavelength: 10.8 μm), fiber laser (wavelength: 1604 nm) and the like. Only one of these may be used, or two or more thereof may be used in combination. Of these, Nd: YAG lasers and semiconductor lasers are preferable.
ホウ素原子含有有機化合物の気化物に照射するレーザーのパワー密度は、緻密な無機被膜が得られることから、30W/cm2以上であり、好ましくは30〜500W/cm2、より好ましくは40〜200W/cm2である。このようなパワー密度のレーザーを照射した場合、基材の製膜面における温度は、通常、800℃〜1300℃である。尚、照射するレーザーのパワー密度は、終始一定であってよいし、変化させてもよい。 The power density of the laser that irradiates the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is 30 W / cm 2 or more, preferably 30 to 500 W / cm 2 , more preferably 40 to 200 W, because a dense inorganic film can be obtained. / Cm 2 . When irradiated with a laser having such a power density, the temperature on the film-forming surface of the base material is usually 800 ° C. to 1300 ° C. The power density of the irradiating laser may be constant or may be changed from beginning to end.
レーザーの照射時間は、製膜面積、BCN被膜30の厚さ等により、適宜、選択されるが、通常、1分間〜60分間である。大面積の製膜を行う場合、基材20を固定した状態でレーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながらレーザー照射する方法、又は、基材20を移動させながら、光路を固定したレーザーを照射する方法を適用することができる。
The laser irradiation time is appropriately selected depending on the film-forming area, the thickness of the
レーザーを照射する場合の雰囲気は、酸素原子を含むガスの併存を抑制した不活性ガス雰囲気又は真空であることが好ましい。不活性ガスを用いる場合、アルゴン、ヘリウム、窒素等が好ましい。不活性ガス雰囲気とする場合の圧力は、好ましくは0.01〜10000Pa、より好ましくは20〜10000Paである。 The atmosphere when irradiating the laser is preferably an inert gas atmosphere or a vacuum in which the coexistence of gas containing oxygen atoms is suppressed. When an inert gas is used, argon, helium, nitrogen and the like are preferable. When the atmosphere is an inert gas, the pressure is preferably 0.01 to 10000 Pa, more preferably 20 to 10000 Pa.
レーザーを照射する場合、効率よい製膜性の観点から、基材20を予熱しておくことが好ましい。基材20の予熱温度は、好ましくは200℃以上、より好ましくは400℃以上である。例えば、赤外線ランプ、ハロゲンランプ等を用いて予熱する方法、抵抗加熱、高周波誘導加熱、マイクロ波加熱等の利用により予熱する方法が挙げられる。これらの予熱手段は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
用してもよい。
When irradiating with a laser, it is preferable to preheat the
You may use it.
ホウ素原子含有有機化合物の気化物を基材の表面に滞留させてレーザーを照射すると、ホウ素原子含有有機化合物が分解して炭窒化ホウ素が生成する。ホウ素原子含有有機化合物の気化物を基材の表面に滞留させる前には、製膜室61内を減圧にし、酸素分圧を50Pa以下に保持することが好ましい。そして、温度上昇が飽和した時点で製膜を開始し、酸素含有量が5原子%未満の炭窒化ホウ素からなる緻密なBCN被膜が形成される。 When a vaporized product of a boron atom-containing organic compound is retained on the surface of a base material and irradiated with a laser, the boron atom-containing organic compound is decomposed to produce boron nitride. Before the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is retained on the surface of the base material, it is preferable to reduce the pressure inside the film forming chamber 61 and maintain the oxygen partial pressure at 50 Pa or less. Then, when the temperature rise is saturated, film formation is started, and a dense BCN film made of boron nitride having an oxygen content of less than 5 atomic% is formed.
本発明における第1被覆材の製造方法で用いる製造装置60は、特に限定されないが、図15に示すように、少なくとも、製膜室61と、原料ガス供給手段63と、レーザー照射手段67と、を備えることが好ましい。 The manufacturing apparatus 60 used in the method for manufacturing the first coating material in the present invention is not particularly limited, but as shown in FIG. 15, at least the film forming chamber 61, the raw material gas supply means 63, the laser irradiation means 67, and the like. It is preferable to provide.
製膜室61は、内部に基材20を載置可能な空間であり、製膜環境を形成する空間を提
供するものである。製膜室61は、通常、その内部へホウ素原子含有有機化合物の気化物を供給する原料ガス供給手段63と接続される。更に、製膜室61内に載置される基材20に対してレーザーを照射することができるように、レーザー照射手段67と光学的に接続される。
更に、基材20の表面温度を測定(非接触測定)できるように、製膜室61の外部に温
度測定器68を設置できる。この場合、製膜室61の窓材681を介することにより測定できる。
The film-forming chamber 61 is a space on which the
Further, a
原料ガス供給手段63は、製膜室61内へホウ素原子含有有機化合物の気化物を供給する手段である。原料ガス供給手段63の構成は限定されないが、例えば、ホウ素原子含有有機化合物の気化物を調整する原料ガス調製手段64を備えることができる。
より具体的には、原料ガス調整手段64は、気化前のホウ素原子含有有機化合物を収容する収容槽641と、気化前のその他の有機化合物(例えば、尿素などの窒素原子含有化合物)を収容する収容槽642と、これら各収容槽641及び642を加熱して、これら化合物の気化物を形成するためのヒーター643を備えることができる。
なお、収容槽の数は限定されず、更にその他の種類の原料を混合するための収容槽を設けることもできる。
The raw material gas supply means 63 is a means for supplying a vaporized product of a boron atom-containing organic compound into the film forming chamber 61. The configuration of the raw material gas supply means 63 is not limited, but for example, the raw material gas preparing means 64 for adjusting the vaporization of the boron atom-containing organic compound can be provided.
More specifically, the raw material gas adjusting means 64 accommodates a storage tank 641 containing a boron atom-containing organic compound before vaporization and other organic compounds before vaporization (for example, a nitrogen atom-containing compound such as urea). A
The number of storage tanks is not limited, and a storage tank for mixing other types of raw materials may be provided.
原料ガス供給手段63は、原料ガス調製手段64において生成されたホウ素原子含有有機化合物の気化物を各々、製膜室61へ適宜に所定量を供給するために、キャリアガス供給手段651及び質量流量制御器631を備えることができる。
更に、後述するように、第2被覆材40の製造において酸化ガスを用いる場合には、酸化ガス供給手段652及び質量流制御器632を備えることができる。また、これらの気化物及び酸化ガス等の流量制御は、減圧手段62を用いて行うこともできる。即ち、これらの各種の手段を組合せて利用することができる。
The raw material gas supply means 63 is a carrier gas supply means 651 and a mass flow rate in order to appropriately supply a predetermined amount of the vaporized product of the boron atom-containing organic compound produced in the raw material gas preparation means 64 to the film forming chamber 61. A
Further, as will be described later, when the oxidation gas is used in the production of the
キャリアガス供給手段651を用いる場合、キャリアガス供給手段651は、原料ガス調製手段64より上流側に配置してもよいし、原料ガス調製手段64より下流側に配置してもよいし、これらの両方に配置してもよい。同様に、酸化ガス供給手段652は、原料ガス調製手段64より上流側に配置してもよいし、原料ガス調製手段64より下流側に配置してもよいし、これらの両方に配置してもよい。 When the carrier gas supply means 651 is used, the carrier gas supply means 651 may be arranged on the upstream side of the raw material gas preparing means 64, may be arranged on the downstream side of the raw material gas preparing means 64, or these. It may be placed in both. Similarly, the oxidation gas supply means 652 may be arranged on the upstream side of the raw material gas preparing means 64, may be arranged on the downstream side of the raw material gas preparing means 64, or may be arranged on both of them. good.
レーザー照射手段67は、製膜室61内の所定の場所(例えば、後述する基材支持台6
9上に置かれた基材20の表面20a)へ向けてレーザーを照射することができる手段で
ある。通常、レーザー照射手段67は、製膜室61の外部に設置され、製膜室61の窓材
672を介して、製膜室61内へレーザー照射できるように構成される。
また、レーザー照射手段67は、前述したように、大面積に対応できるようにレーザー
照射箇所を変化させることができる機構を備えることができる。図15には、光拡散レン
ズ671を介して光路を変化させながらレーザーを照射し、基材20の表面20aに照射することができる形態が例示される。光拡散レンズ671の構成材料は限定されず、レーザーの種類又は波長により適宜選択できるが、例えば、石英、BK7、セレン化亜鉛等を利用できる。
尚、基材20の一部に被膜30の形成を目的としない領域を有する場合には、この領域
を覆うことにより、即ち、マスキングすることにより実現できる。
The laser irradiation means 67 is provided at a predetermined location in the film forming chamber 61 (for example, the base material support base 6 described later).
It is a means capable of irradiating a laser toward the
Further, as described above, the laser irradiation means 67 can be provided with a mechanism capable of changing the laser irradiation location so as to correspond to a large area. FIG. 15 illustrates a mode in which the
When a part of the
更に、製造装置60は、製膜室61内の環境圧力を調節することができるように、減圧手段62を有することができる。この減圧手段62も、製膜室61へ接続することができる。
減圧手段62としては、従来公知の真空ポンプ等を用いることができる。また、減圧手段
62を備える場合、製膜室61及び原料ガス供給手段63の接続部(原料ガス導入口)と
、基材20と、減圧手段62とが一直線上に配置されることが好ましい。
Further, the manufacturing apparatus 60 can have a depressurizing means 62 so that the environmental pressure in the film forming chamber 61 can be adjusted. The depressurizing means 62 can also be connected to the film forming chamber 61.
As the depressurizing means 62, a conventionally known vacuum pump or the like can be used. When the decompression means 62 is provided, it is preferable that the connection portion (raw material gas introduction port) of the film forming chamber 61 and the raw material gas supply means 63, the
また、製造装置60は、基材支持台69を有することができる。基材支持台69は、基材20を載置する支持台であり、必要に応じて基材20を固定する固定機構を備えることができる。同様に、必要に応じて基材20を回転又は移動させる移動機構を備えることができる。また、基材支持台69は、基材20を予熱することができる予熱機構を備えることができる。
Further, the manufacturing apparatus 60 can have a base
[3]第2被覆材の製造方法
本発明の第2被覆材40の製造方法は、(1)第1被覆材10をアニーリング処理により製造する方法(以下「製造方法A」という。)と、(2)ホウ素含有有機化合物の気化物と酸化ガスとの混合物を基材の表面に滞留させた状態でレーザーを照射することにより製造する方法(以下「製造方法B」という。)とがある。
[3] Method for Producing Second Coating Material The method for producing the
(1)製造方法A
第2被覆材40の製造方法Aは、第1被覆材10を大気下又は減圧下の酸素が存在する雰囲気においてアニーリング処理により製造することを特徴とする。すなわち、第1被覆材10を構成するBCN被膜30を、大気下又は減圧下の酸素が存在する雰囲気において、アニーリング処理を施すことにより、第2被覆材40を構成するBCNO被膜50へと変化させる。
製造方法Aは、前述の第1被覆材の製造方法によって得られた第1被覆材10を用いる。第1被覆材10の製造方法については、前述の通りであるためその説明を省略する。
前記アニーリング処理の方法は、特に限定はなく、酸化環境下での加熱炉での加熱、レーザー照射による加熱、誘導加熱等により行うことができる。
アニーリング温度は600〜1200℃で、好ましくは750〜1100℃である。600℃より低温では酸化が進まずに蛍光特性を有するBCNOは生成しない。また、1200℃より高温では、BCN被膜が蒸発するまたは酸化が進み過ぎてしまい酸化ホウ酸(B2O3)やホウ酸(H3BO3)等に変化し、蛍光特性は示さない。
レーザー加熱によりアニーリングを行う場合には、第1被覆材10の製造装置60をそのまま使用することができる。
大気下でレーザー加熱を行う場合は、製造装置60において、原料ガス供給手段63をそのまま大気開放することで大気圧下での加熱を行うことができる。
また、減圧下でレーザー加熱を行う場合には、図15に示すように、酸化ガス供給手段652から質量流制御器632を介して酸化ガスを供給することができる。酸化ガスの流量制御は、減圧手段62を用いて行うこともできる。即ち、これらの各種の手段を組合せて利用することができる。
更に、アニーリングは、大気下での電気炉において熱処理をすることによっても行うことができる。図示しない電気炉内の支持台に第1被覆材10を載置しレーザー加熱と同様の温度、時間で行うことができる。
(1) Manufacturing method A
The method A for producing the
As the manufacturing method A, the
The method of the annealing treatment is not particularly limited, and can be performed by heating in a heating furnace in an oxidizing environment, heating by laser irradiation, induction heating, or the like.
The annealing temperature is 600 to 1200 ° C, preferably 750 to 1100 ° C. At a temperature lower than 600 ° C., oxidation does not proceed and BCNO having fluorescent characteristics is not produced. Further, at a temperature higher than 1200 ° C., the BCN film evaporates or oxidation proceeds too much and changes to boric acid (B 2 O 3 ), boric acid (H 3 BO 3 ), etc., and does not show fluorescence characteristics.
When annealing is performed by laser heating, the manufacturing apparatus 60 of the
When laser heating is performed in the atmosphere, heating under atmospheric pressure can be performed by opening the raw material gas supply means 63 to the atmosphere as it is in the manufacturing apparatus 60.
Further, when laser heating is performed under reduced pressure, as shown in FIG. 15, the oxidation gas can be supplied from the oxidation gas supply means 652 via the
Further, annealing can also be performed by heat treatment in an electric furnace in the atmosphere. The
(2)製造方法B
第2被覆材40の製造方法Bは、ホウ素原子含有有機化合物の気化物と、酸素原子を含むガス(以下、「酸化ガス」という。)とを基材の表面に滞留させた状態で、これらの気化物にレーザーを照射することを特徴とする。
(2) Manufacturing method B
In the method B for producing the
第2被覆材40の製造方法Bは、第1被覆材10の製造方法と類似の製造方法を採用することができる。すなわち、第1被覆材10の製造方法においては、原料ガスは、ホウ素原子含有有機化合物の気化物のみであるが、第2被覆材40の製造方法Bは、原料ガスとして、ホウ素原子含有有機化合物の気化物に更に酸化ガスを混合させた気化物を用いる点が異なる。その他は、第1被覆材10の製造方法、製造装置60と略同様の製造方法、製造装置を採用することができる。
As the manufacturing method B of the
ホウ素原子含有有機化合物の気化物を調製する方法は、特に限定されず、従来、公知の加熱方法、バブリング方式による気化方法等が適用される。製造方法Bで用いられるホウ素原子含有有機化合物の気化物は、1種のみでも、2種以上でもよい。
また、ホウ素原子含有有機化合物のほかにも、尿素(CH4N2O)やヘキサメチレンテトラミン(C6H12N4)などのN含有有機化合物の気化物や水素、アンモニアなどのガスを加えてもよい。
レーザーを照射する前には、ホウ素原子含有有機化合物の気化物及び酸化ガスの混合物を基材の表面に滞留させる。混合物を供給する方法は、特に限定されず、連続的供給又は間欠的供給により、製膜を安定的に進めることができる。混合物を供給する場合、キャリヤーガス(不活性ガス)を利用する方法、真空引きにより混合物を流動させる方法等が挙げられる。
酸化ガスは、特に限定されないが、酸素(O2)、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、亜酸化窒素(N2O)、尿素(CH4N2O)の気化物などが好ましい。
気化物及び酸化ガスの混合物の供給速度(ガス流の線速)は、好ましくは0.01〜100cm/秒、より好ましくは0.1〜10cm/秒である。
また、製造方法Bにおいて、好ましくは、減圧条件下で製膜する方法である。減圧時の圧力は、好ましくは20〜10000Pa、より好ましくは100〜2000Paである。尚、基材の表面において、ホウ素原子含有有機化合物の気化物と、酸化ガスとが、所定の割合の混合物となる限りにおいて、これらの気化物を、別々に基材の表面に供給してもよい。
The method for preparing the vaporized product of the boron atom-containing organic compound is not particularly limited, and conventionally known heating methods, vaporization methods by bubbling method, and the like are applied. The vaporized product of the boron atom-containing organic compound used in the production method B may be only one type or two or more types.
In addition to the boron atom-containing organic compound, vaporized products of N-containing organic compounds such as urea (CH 4 N 2 O) and hexamethylenetetramine (C 6 H 12 N 4) and gases such as hydrogen and ammonia are added. You may.
Before irradiating the laser, a mixture of a vaporized product of a boron atom-containing organic compound and an oxidizing gas is retained on the surface of the substrate. The method of supplying the mixture is not particularly limited, and the film formation can be stably promoted by continuous supply or intermittent supply. When supplying the mixture, a method using a carrier gas (inert gas), a method of flowing the mixture by evacuation, and the like can be mentioned.
The oxidation gas is not particularly limited, but is a vaporized product of oxygen (O 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), nitrous oxide (N 2 O), urea (CH 4 N 2 O) and the like. Is preferable.
The supply rate (linear velocity of the gas flow) of the mixture of the vaporized product and the oxidizing gas is preferably 0.01 to 100 cm / sec, more preferably 0.1 to 10 cm / sec.
Further, in the production method B, a method of forming a film under reduced pressure conditions is preferable. The pressure at the time of depressurization is preferably 20 to 10000 Pa, more preferably 100 to 2000 Pa. As long as the vaporized product of the boron atom-containing organic compound and the oxidizing gas are a mixture of a predetermined ratio on the surface of the base material, these vaporized products may be separately supplied to the surface of the base material. good.
製造方法Bでは、ホウ素原子含有有機化合物の気化物及び酸化ガスの混合物を基材20の表面20aに滞留させた状態で、該混合物にレーザーを照射する。使用するレーザーは特に限定されず、第1被膜材の製造方法で用いるレーザーを適用することができる。
In the production method B, a mixture of a vaporized product of a boron atom-containing organic compound and an oxidizing gas is retained on the
ホウ素原子含有有機化合物の気化物及び酸化ガスの混合物に照射するレーザーのパワー密度は、緻密な無機被膜が得られることから、30W/cm2以上であり、好ましくは40〜500W/cm2、より好ましくは50〜200W/cm2である。上記混合物に照射するレーザーのパワー密度は、終始一定であってよいし、変化させてもよい。 Power density of the laser irradiated to the mixture of the vaporized material and the oxidizing gas of boron-containing organic compound, since the dense inorganic coating is obtained, and at 30 W / cm 2 or more, preferably 40~500W / cm 2, more It is preferably 50 to 200 W / cm 2 . The power density of the laser irradiating the mixture may be constant or variable from beginning to end.
レーザーの照射時間は、BCNO被膜50の製膜面積、厚さ等により、適宜、選択されるが、通常、1〜60分間である。
レーザーを照射する方法、レーザーを照射する場合の雰囲気及び基材の予熱は、第1被覆材の製造方法におけると同様とすることができる。
The laser irradiation time is appropriately selected depending on the film formation area, thickness, and the like of the
The method of irradiating the laser, the atmosphere when irradiating the laser, and the preheating of the base material can be the same as in the method for producing the first coating material.
以上の製造方法Bにより、第2被覆材40を製造することができる。すなわち、ホウ素原子含有有機化合物の気化物及び酸化ガスの混合物を基材20の表面20aに滞留させてレーザーを照射すると、ホウ素原子含有有機化合物が分解して酸化ガス中の酸素原子と反応して酸素を含有するBCNO(酸炭窒化ホウ素)が生成され、基材20の表面20aに緻密で蛍光特性を有するBCNO被膜が形成される。
The
本発明における第2被覆材の製造方法で用いる製造装置は、特に限定されないが、例えば、被覆材1の製造に使用した製造装置60を使用することができる。
The manufacturing apparatus used in the method for producing the second covering material in the present invention is not particularly limited, but for example, the manufacturing apparatus 60 used for manufacturing the
以下に、実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to such examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.
1.原料化合物
ホウ素原子含有有機化合物として、テトラキスジメチルアミノジボラン(Oakwood社製、TDMAB、型番:011060)を用いた。
1. 1. Raw Material Compound Tetrakis dimethylaminodiborane (manufactured by Oakwood Co., Ltd., TDMAB, model number: 011060) was used as the boron atom-containing organic compound.
2.基材
基材として、合成石英ガラス(SiO2)円板状の基材を用いた。サイズは、φ15mm×0.5mmである。
2. Base material As the base material, a synthetic quartz glass (SiO 2 ) disk-shaped base material was used. The size is φ15 mm × 0.5 mm.
3.製造装置
下記の実施例1〜4及び比較例1では、図15に示す以下の製造装置60を用いた。
製造装置60を構成する製膜室61、原料ガス供給手段63、レーザー照射手段67、原料ガス調製手段64及びキャリアガス供給手段651については、前述した通りである。
実施例1〜4及び比較例1においては、特に以下の手段等を採用した。
レーザー照射手段67は、Nd:YAGレーザー(波長:1064nm)を発振する光源を備えるものとし、レーザービーム径を調整するためのレンズ671を配置した。また、基材20は、レーザー照射手段67から放射されるレーザーの光路延長上であって、基材20の予熱が可能な耐熱性の支持台69の上に載置した。レーザーを照射して基材20の表面20aに製膜しているときの温度は、温度測定器68を用いて測定した。また、製膜室61の内部は、不活性ガス雰囲気又は減圧とすることができるが、減圧手段62として、油回転式真空ポンプを製膜室61に接続した。
3. 3. Manufacturing Equipment In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 below, the following manufacturing equipment 60 shown in FIG. 15 was used.
The film forming chamber 61, the raw material gas supply means 63, the laser irradiation means 67, the raw material gas preparation means 64, and the carrier gas supply means 651 that constitute the manufacturing apparatus 60 are as described above.
In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the following means and the like were particularly adopted.
The laser irradiation means 67 is provided with a light source that oscillates an Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm), and a
4.第1被覆材の製造及び評価
(1)実施例1
収容槽641に、テトラキスジメチルアミノジボランを収容し、ヒーター643により63℃に加熱して原料ガスを調製した。
そして、製膜室61において、支持台69の上に基材20(合成石英ガラス)を載置し基材20を300℃に予熱した。予熱は支持台69を抵抗加熱することに行った。
その後、製膜室61の内部を減圧雰囲気(全圧20Pa以下、酸素分圧4Pa以下)とした状態で、原料ガスをアルゴンガス(キャリヤーガス)とともに流量50sccm(線速0.47cm/秒)で製膜室61に供給し、製膜室61の内部を200Paとした。
その後、パワー密度を53W/cm2としたレーザーを基材20の表面20aに15分間照射した。尚、上記パワー密度は、光拡散レンズ671及び窓材672に入射する前のレーザーの出力を照射面積で除することにより算出した。製膜中の基材20表面20aの温度は1100℃であった。
その後、減圧手段62(油回転式真空ポンプ)は稼働させたまま、原料ガスの供給を停止後、レーザーの照射を終了した。そして、製膜室61の内圧を50Pa以下にして、基材20の表面20aの温度が400℃以下に降温した後、減圧手段62を停止して、製膜室61を大気圧に開放した後、製膜室61から、実施例1の第1被覆材10を取り出した。
4. Production and Evaluation of First Coating Material (1) Example 1
Tetrakis dimethylaminodiborane was contained in the storage tank 641 and heated to 63 ° C. by a
Then, in the film forming chamber 61, the base material 20 (synthetic quartz glass) was placed on the
After that, in a state where the inside of the film forming chamber 61 is in a reduced pressure atmosphere (
Then, a laser having a power density of 53 W / cm 2 was applied to the
After that, while the depressurizing means 62 (oil rotary vacuum pump) was still in operation, the supply of the raw material gas was stopped, and then the laser irradiation was terminated. Then, after the internal pressure of the film forming chamber 61 is set to 50 Pa or less and the temperature of the
実施例1の第1被覆材10に形成されたBCN被膜30の色は黒色であり、厚さは4.6μmであり、この厚さと製膜時間とから算出される製膜速度は18.4μm/時であった。った。
得られたBCN被膜30をX線回折測定に供したところ、2θ=23〜28°に幅広な回折ピークをもつ非晶質な膜であることが分かった。また、このBCN被膜30の組成をX線光電子分光分析(XPS、アルバックファイ社製、型式「VersaProbe PHI5000」、線源:単色AlKα、15kV、25W、ビーム径:100μm)により分析したところ、B0.38C0.37N0.25であり、これら以外の金属元素は検出されなかった。この時、BCN被膜30の最表面30aの不純物を取り除くため、3kVのArイオンによる1分間のスパッタ処理(シリカに対するスパッタ速度は20nm/分)を行った。このBCN被膜30中の酸素量は、BCN被膜30全体を100%とした場合に、1.6原子%であった。
更に、このBCN被膜30の表面及び断面(破断面)を、走査型電子顕微鏡(日本電子社製、型式「JSM−IT300HR/LV」以下同じ)により観察した。それぞれ、図2(第1被覆材10の破断面)及び図3(BCN被膜30の表面像)の画像を得た。ここで、図2における第1被覆材10の破断面は、観察前にクロスセクションポリッシャー(CP、日本電子社製、型式「IB−1951CP」)によりイオン研磨(平滑化)した。図2に示すように、第1被覆材10のBCN被膜30は、緻密で均質であり、基材20の表面20aに密着している様子が観察された。更に、BCN被膜30の表面30aは、図3に示すように、平滑な表面組織が形成されている様子が観察された。
The color of the
When the obtained
Further, the surface and cross section (fracture surface) of the
(2)実施例2
実施例1の製膜条件において、レーザーのパワー密度を32W/cm2、製膜中の基材20表面20aの温度を930℃、製膜時間を20分間とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、第1被覆材10が得られた。得られたBCN被膜30の色は黒色であり、厚さは2.6μmであり、この厚さと製膜時間とから算出される製膜速度は7.8μm/時であった。得られたBCN被膜30をX線回折測定に供したところ、2θ=23〜28°に幅広な回折ピークをもつ非晶質な膜であることが分かった。このBCN被膜30の表面及び断面(破断面)を、走査型電子顕微鏡により観察した。それぞれ、図4(第1被覆材10の破断面)及び図5(BCN被膜30の表面像)の画像を得た。図4に示すように、第1被覆材10のBCN被膜30は、緻密で均質であり、基材20の表面20aに密着している様子が観察された。更に、BCN被膜30の表面30aは、図5に示すように、平滑な表面組織が形成されている様子が観察された。
(2) Example 2
Same as in Example 1 except that the laser power density was 32 W / cm 2 , the temperature of the
(3)実施例3
実施例1の製膜条件において、ヒーター643により64℃に加熱して原料ガスを調製し、レーザーのパワー密度を63W/cm2、製膜中の基材20表面20aの温度を1150℃とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、第1被覆材10が得られた。得られたBCN被膜30の色は黒色であり、厚さは5.2μmであり、この厚さと製膜時間とから算出される製膜速度は20.8μm/時であった。得られたBCN被膜30をX線回折測定に供したところ、2θ=23〜28°に幅広な回折ピークをもつ非晶質な膜であることが分かった。このBCN被膜30の表面30a及び断面(破断面)を、走査型電子顕微鏡により観察した。それぞれ、図6(被覆材10の破断面)及び図7(BCN被膜の表面像)の画像を得た。図6に示すように、第1被覆材10のBCN被膜30は、緻密で均質であり、基材20の表面20aに密着している様子が観察された。更に、BCN被膜30の表面30aは、図7に示すように、平滑な表面組織が形成されている様子が観察された。
(3) Example 3
Under the film-forming conditions of Example 1, the raw material gas was prepared by heating to 64 ° C. with a
(4)実施例4
実施例1の製膜条件において、ヒーター643により57℃に加熱して原料ガスを調製し、パワー密度を64W/cm2、製膜中の基材20表面20aの温度を1140℃とし、製膜時間を30分間とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、第1被覆材10が得られた。得られたBCN被膜30の色は黒色であり、X線回折測定に供したところ、2θ=23〜28°に幅広な回折ピークをもつ非晶質な膜であることが分かった。
(4) Example 4
Under the film-forming conditions of Example 1, the raw material gas was prepared by heating to 57 ° C. with a
(5)比較例1
実施例1の製膜条件において、レーザーのパワー密度を28W/cm2とし、製膜中の基材20表面20aの温度を730℃とし、製膜時間を20分間とした以外は、実施例1と同様の操作を行ったが、無機被膜は得られなかった。
(5) Comparative Example 1
In the film forming conditions of Example 1, the power density of the laser was 28 W / cm 2 , the temperature of the
この実施例1〜4、比較例1に関する事項を表として下記に示す。レーザーのパワー密度を28W/cm2、製膜温度730℃では被覆材は得られないが、32〜64W/cm2、製膜温度930〜1150℃で黒色のBCN被膜が形成された第1被覆材が得られた。また、実施例1〜3から、レーザーのパワー密度および製膜温度が高いほど製膜速度は高くなる傾向が得られた。 Items related to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are shown below as a table. A coating material cannot be obtained at a laser power density of 28 W / cm 2 and a film forming temperature of 730 ° C. However, a first coating in which a black BCN film is formed at a film forming temperature of 32 to 64 W / cm 2 and a film forming temperature of 930 to 1150 ° C. The material was obtained. Further, from Examples 1 to 3, it was found that the higher the laser power density and the film forming temperature, the higher the film forming speed.
5.第2被覆材の製造及び評価
(1)実施例5
製膜条件において、実施例1と同一の条件で、基材20の表面20aに黒色のBCN被膜30を有し、第2被覆材40の前駆体となる第1被覆材10を得た。得られた第1被覆材10を製膜室61の支持台69の上に載置し、レーザーを表面に照射することでアニーリング処理を行った。
アニーリング処理は、製膜室61の内部を大気雰囲気とし、第1被覆材10のBCN被膜30の表面30aにレーザーを照射し、BCN被膜30の表面30aの表面温度950℃でアニーリング処理を5分間行った。
その結果、BCN被膜30の上部が、BCNO被膜50に変化し、第2被覆材40が形成された。
5. Production and Evaluation of Second Covering Material (1) Example 5
Under the same conditions as in Example 1, a
In the annealing treatment, the inside of the film forming chamber 61 is made into an atmospheric atmosphere, the
As a result, the upper part of the
この第2被覆材40は黒色であり、紫外線照射下で橙色に発光した。図9は、950℃でのアニーリング処理後におけるBCNO被膜50の表面近傍の断面を透過型電子顕微鏡(日本電子製、型式「JEM2100F」以下同じ。)で観察した明視野像である。
図9に示すように、第1被覆材10において平滑であったBCN被膜30の表面形態は、アニーリング処理により最大で500nm程度の凹凸を持つBCNO被膜50の形態となり、表面から50〜300nmの深さではコントラストの明るい領域が観察された。
The
As shown in FIG. 9, the surface morphology of the
図10は、BCNO被膜50のコントラストの明るい領域の高分解能透過型電子顕微鏡像と電子線回折像(図10左下)である。BCNO被膜50は、層間隔が0.34nmの縞模様の層状構造が観察され、この層状構造は基材20の表面20a(BCNO被膜50の表面)面とほぼ平行に形成されていた。この層状構造は、電子線回折像の2つの強い幅広な回折スポットに対応する。これは、アニーリング処理により非晶質BCN被膜30が、六方晶BNを骨格とする結晶構造のBCNO被膜50に変化したことを示し、六方晶BN骨格構造のC面が基材と平行に近い方位に形成したことを示す。
このBCNO被膜50の組成をX線光電子分光分析(XPS、アルバックファイ社製、
型式「VersaProbe PHI5000」、線源:単色AlKα、15kV、25W、ビーム径:100μm)により分析したところ、B0.48〜0.41C0.03〜0.26N0.24〜0.25O0.09〜0.26であり、これら以外の金属元素は検出されなかった。前記XPS分析の組成に幅を持つのは、Arスパッタによる深さ分析により表面から深さ方向に組成変化があるためである。例えば、最表面の不純物を取り除くため、3kVのArイオンによる1分間のスパッタ処理(スパッタ速度はシリカに対して20nm/分)を行った後の組成はB0.46C0.03N0.26O0.26、21分間のスパッタ処理を行った後の組成はB0.45C0.12N0.25O0.19、31分間のスパッタ処理を行った後の組成はB0.41C0.26N0.24O0.09、であった。この黒色の無機被膜付き基材を分光蛍光光度計(FP−6500、日本分光)により蛍光特性を計測し、図11に示す励起・発光スペクトルを得た。
図11に示すように、発光波長550nmでの励起スペクトルは300〜450nmで観測された(図11中左のスペクトル)。紫外線の励起波長375nmで励起したとき、450〜650nmの幅広な発光スペクトルを示し、中心波長は約580nmであった(図11中右のスペクトル)。
FIG. 10 is a high-resolution transmission electron microscope image and an electron diffraction image (lower left of FIG. 10) in a bright contrast region of the
The composition of this
Analysis by model "VersaProbe PHI5000", source: monochromatic AlKα, 15 kV, 25 W, beam diameter: 100 μm), B 0.48 to 0.41 C 0.03 to 0.26 N 0.24 to 0.25 The O was 0.09 to 0.26, and no other metal elements were detected. The composition of the XPS analysis has a range because there is a composition change in the depth direction from the surface by the depth analysis by Ar sputtering. For example, in order to remove impurities on the outermost surface, the composition after 1 minute of sputtering treatment with 3 kV Ar ions (spattering rate is 20 nm / min with respect to silica) is B 0.46 C 0.03 N 0. 26 O 0.26 , the composition after 21 minutes of sputtering is B 0.45 C 0.12 N 0.25 O 0.19 , the composition after 31 minutes of sputtering is B 0. It was 41 C 0.26 N 0.24 O 0.09 . The fluorescence characteristics of this black base material with an inorganic coating were measured with a spectrofluorometer (FP-6500, JASCO Corporation) to obtain the excitation / emission spectra shown in FIG.
As shown in FIG. 11, the excitation spectrum at an emission wavelength of 550 nm was observed at 300 to 450 nm (the spectrum on the left in FIG. 11). When excited at an excitation wavelength of ultraviolet light of 375 nm, it showed a wide emission spectrum of 450 to 650 nm, and the center wavelength was about 580 nm (spectrum on the right in FIG. 11).
(2)実施例6
製膜条件において、実施例1と同一の条件で、基材20の表面20aに黒色のBCN被膜30を有し、第2被覆材の前駆体となる第1被覆材10を得た。得られた第1被覆材10を電気炉(モトヤマ社製、シリコニット炉SC)において大気下800℃で1時間のアニーリング処理を行うことによって第2被覆材40を得た。
電気炉から取り出した第2被覆材40の被膜は、黒色で一部が透光性をもち、BCN被膜30がほとんどBCNO被膜50へと変化したものと考えられる。この第2被覆材40のBCNO被膜50は、紫外線照射下で黄色に発光した。
このBCNO被膜50を分光蛍光光度計により蛍光特性を計測し、図12に示す励起・発光スペクトルを得た。
図12に示すように、発光波長545nmでの励起スペクトルは300〜430nmで観測された(図12中左のスペクトル)。紫外線の励起波長360nmで励起したとき、500〜600nmの若干幅狭な発光スペクトルを示し、中心波長は約540nmであった(図12中右のスペクトル)。
(2) Example 6
Under the same conditions as in Example 1, a
It is probable that the coating film of the
The fluorescence characteristics of this
As shown in FIG. 12, the excitation spectrum at an emission wavelength of 545 nm was observed at 300 to 430 nm (the spectrum on the left in FIG. 12). When excited at an excitation wavelength of ultraviolet rays of 360 nm, it showed a slightly narrow emission spectrum of 500 to 600 nm, and the center wavelength was about 540 nm (spectrum on the right in FIG. 12).
(3)実施例7
実施例4の製膜条件において、パワー密度を70W/cm2、製膜中の基材20表面20aの温度を1150℃とし、製膜時間を11分間とした以外は、実施例4と同様の操作を行い、第2被覆材の前駆体となる第1被覆材10が得られた。得られた―得られた第1被覆材10を製膜室61の支持台69の上に載置し、レーザーを表面に照射することでアニーリング処理を行った。
アニーリング処理は、製膜室61の内部を20Pa以下の減圧雰囲気としたところで、酸素ガスを流量250sccm(ガス流の線速2.36cm/s)で製膜室2に供給し、製膜室2の内部を1000Paとし、レーザーを照射し、表面温度986〜1040℃でアニーリングを30分間行った。その結果、BCN被膜30の上部が、BCNO被膜50に変化し、第2被覆材40が形成された。この被覆材40は黒色であり、紫外線照射下で黄色の発光を示した。分光蛍光光度計により蛍光特性を計測した結果、図13に示すように、紫外線の励起波長400nmで励起したとき、500〜650nmの若干幅狭な発光スペクトルを示し、中心波長は約560nmであった。
(3) Example 7
Under the film forming conditions of Example 4, the same as in Example 4 except that the power density was 70 W / cm 2 , the temperature of the
In the annealing treatment, when the inside of the membrane-forming chamber 61 was set to a reduced pressure atmosphere of 20 Pa or less, oxygen gas was supplied to the membrane-forming
(4)実施例8
実施例1と同一の条件で、基材20の表面20aに黒色のBCN被膜30を有し、第2被覆材の前駆体となる第1被覆材10を得た。
得られた第1被覆材10を製膜室61において基材支持台69の上に載置し、レーザーを第1被覆材10のBCN被膜30の表面に照射することでアニーリング処理を行った。アニーリング処理は、製膜室61の内部を20Pa以下の減圧雰囲気としたところで、酸素ガスを流量250sccm(線速2.36cm/s)で製膜室2に供給し、製膜室2の内部を1000Paとし、レーザーを照射し、表面温度1020〜1050℃でアニーリングを30分間行った。
その結果、紫外線照射下で橙色に発光する黒色のBCNO被膜50を有する第2被膜材40を得た。
そのまま更に、製膜室61の内部を大気雰囲気とし、レーザーを照射し、BCN被膜50の表面温度820〜850℃でアニーリングを10分間行ったところ、紫外線照射下で強く発光する黒色の第2被覆材40を得た。この第2被覆材40のBCNO被膜50を分光蛍光光度計により蛍光特性を計測し、図14に示す励起および発光スペクトルを得た。図14に示すように、発光波長580nmでの励起スペクトルは320〜450nmで観測された(図14中左のスペクトル)。紫外線の励起波長380nmで励起したとき、500〜700nmの幅広な発光スペクトルを示し、中心波長は約580nmであった(図14中右のスペクトル)。
(4) Example 8
Under the same conditions as in Example 1, a
The obtained
As a result, a
As it is, the inside of the film forming chamber 61 was made into an atmospheric atmosphere, laser irradiation was performed, and annealing was performed at a surface temperature of the
この実施例5〜8に関する事項を表として下記に示す。アニーング処理は、大気中では800〜950℃、減圧(酸素分圧1000Pa)では986〜1050℃で第2被覆材40が製造できた。また、アニーリング温度、時間、雰囲気を変化することで、発光波長や発光色が変化した。
The matters relating to Examples 5 to 8 are shown below as a table. In the annealing treatment, the
実施例1において得られたBCNを有する第1被覆材10は、実施例5〜8と同様に紫外線照射を行っても発光は観測されなかった。被覆材の酸素量1.6原子%では蛍光しないことを確認した。
No light emission was observed in the
本発明による第1被覆材はホウ素、窒素、炭素の軽元素で構成される硬質で黒色の被覆材であることから、環境負荷や資源リスクの少なく、耐摩耗性や意匠性に優れる硬質切削工具や各種光学部品、半導体部品、宝飾品への利用が考えられる。第2被覆材はホウ素、窒素、炭素、酸素の軽元素で構成される蛍光被覆材であることから、無機LED、発光素子、各種光学部品、宝飾品、半導体部品への応用が考えられる。 Since the first coating material according to the present invention is a hard black coating material composed of light elements of boron, nitrogen, and carbon, it is a hard cutting tool with less environmental load and resource risk, and excellent wear resistance and design. It can be used for various optical parts, semiconductor parts, and jewelry. Since the second coating material is a fluorescent coating material composed of light elements such as boron, nitrogen, carbon, and oxygen, it can be applied to inorganic LEDs, light emitting elements, various optical parts, jewelry, and semiconductor parts.
10:第1被覆材、
20:基材、20a;表面、
30;BCN被膜、30a;表面、
40;第2被覆材、
50;BCNO被膜、
60;製造装置、
61;製膜室、
62:減圧手段、
63;原料ガス供給手段、631;質量流量制御器、
64:原料ガス調整手段、641、642;収容槽、643;ヒーター、
65:キャリアガス供給手段、
67;レーザー照射手段、671;光拡散レンズ、672;窓材、
68;温度測定器、681;窓材、
69:基材支持台。
10: First dressing,
20: Substrate, 20a; Surface,
30; BCN coating, 30a; surface,
40; 2nd dressing,
50; BCNO coating,
60; Manufacturing equipment,
61; Membrane formation room,
62: Decompression means,
63; Raw material gas supply means, 631; Mass flow controller,
64: Raw material gas adjusting means, 641, 642; storage tank, 643; heater,
65: Carrier gas supply means,
67; Laser Irradiation Means, 671; Light Diffusing Lens, 672; Window Material,
68; Temperature measuring instrument, 681; Window material,
69: Base material support.
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