JP3376421B2 - Method of forming diamond-like carbon film - Google Patents

Method of forming diamond-like carbon film

Info

Publication number
JP3376421B2
JP3376421B2 JP2000309770A JP2000309770A JP3376421B2 JP 3376421 B2 JP3376421 B2 JP 3376421B2 JP 2000309770 A JP2000309770 A JP 2000309770A JP 2000309770 A JP2000309770 A JP 2000309770A JP 3376421 B2 JP3376421 B2 JP 3376421B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organic solvent
film
water
dlc film
cathode electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2000309770A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002115080A (en
Inventor
昌弘 吉村
浩 汪
友亮 渡辺
Original Assignee
東京工業大学長
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京工業大学長 filed Critical 東京工業大学長
Priority to JP2000309770A priority Critical patent/JP3376421B2/en
Publication of JP2002115080A publication Critical patent/JP2002115080A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3376421B2 publication Critical patent/JP3376421B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンドライ
クカーボン(以下、DLCという。)膜の形成方法に関し、
特に、液相を利用したDLC膜の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC) film,
In particular, it relates to a method for producing a DLC film using a liquid phase.

【0002】[0002]

【従来の技術】DLC薄膜は高硬度、耐摩耗性、低摩擦係
数及び導電性などの特性を有する。かかる特性を利用し
て、DLC薄膜は、機械部品の摺動部及び電気部品などに
利用されている。
2. Description of the Related Art DLC thin films have characteristics such as high hardness, abrasion resistance, low friction coefficient and conductivity. Utilizing such characteristics, the DLC thin film is used for sliding parts of machine parts and electric parts.

【0003】DLC膜は、現在、スパッタリング法、イオ
ン化蒸着法、高周波プラズマCVD法などにより作製され
ている。スパッタリング法は、低圧気体中の金属を加熱
又はイオン衝撃するとき、蒸発又は衝突によって金属面
から原子が気体中に飛散して付近の物体面に付着する現
象を利用したものである。
The DLC film is currently manufactured by a sputtering method, an ionization vapor deposition method, a high frequency plasma CVD method, or the like. The sputtering method utilizes a phenomenon in which, when a metal in a low-pressure gas is heated or bombarded with ions, atoms are scattered from the metal surface into the gas by vaporization or collision and attached to a nearby object surface.

【0004】イオン化蒸着法は、熱フィラメントによる
高温アーク放電を用いてプラズマを発生させ、別に設置
した電極に負バイアスをかける方式である。この方法
は、ナノオーダーでの膜厚制御が可能であること、比較
的高硬度の膜が得られることが特徴である。
The ionization vapor deposition method is a method in which a high temperature arc discharge by a hot filament is used to generate plasma and a negative bias is applied to a separately installed electrode. This method is characterized in that the film thickness can be controlled on the order of nanometers and that a film having a relatively high hardness can be obtained.

【0005】高周波プラズマCVD法は、チタン、エチレ
ンなどの原料ガスに高周波をかけて放電させると、電極
は自己バイアス効果により負電位となり表面にDLCが形
成される。この方式の大きな特徴として、絶縁物への成
膜が可能なことが挙げられる。
In the high frequency plasma CVD method, when a raw material gas such as titanium or ethylene is subjected to high frequency and discharged, the electrode becomes a negative potential due to the self-bias effect and DLC is formed on the surface. A major feature of this method is that it is possible to form a film on an insulator.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
DLCの製造方法は、すべて気相堆積法であり、基板加
熱、プラズマ発生などの高エネルギー状態を要求する。
特に真空系を用いるプロセスでは、真空の発生と維持に
も大きな設備とエネルギーを必要とする。
However, the above-mentioned problem is solved.
The DLC manufacturing methods are all vapor deposition methods and require high energy states such as substrate heating and plasma generation.
In particular, a process using a vacuum system requires a large amount of equipment and energy to generate and maintain a vacuum.

【0007】すなわち、DLC膜を形成する場合、一般
に、より高度な装置又は高度なプロセスを必要とし、そ
の結果として、多くの資源とエネルギーを消費し、より
多くの廃棄物や、排エネルギーを発生させる。このよう
な多くの廃棄物や排エネルギーの生産は、地球環境を考
慮した場合に望ましいことではない。
That is, in order to form a DLC film, generally, more sophisticated equipment or process is required, and as a result, more resources and energy are consumed and more waste and waste energy are generated. Let The production of such a large amount of waste and waste energy is not desirable when considering the global environment.

【0008】したがって、高エネルギーを必要とせず、
より環境負荷の少ない状態でDLC膜を形成することが
できれば望ましい。薄膜形成工程において、必要最小限
の原料を用いて膜を形成し、残存した原料を容易に回収
し、リサイクルできればより望ましい。しかし、こうし
た環境負荷が少なく、かつ、低コストな、薄膜形成方法
は、これまで知られていない。さらに、任意の個所にパ
ターン化した膜を形成する場合にもマスキング及びマス
クの除去等の前処理を必要としない方法も知られていな
い。
Therefore, it does not require high energy,
It is desirable that the DLC film can be formed in a state with less environmental load. It is more desirable that a film can be formed by using the minimum necessary raw materials in the thin film forming step, and the remaining raw materials can be easily recovered and recycled. However, a thin film forming method that has a low environmental load and is low cost has not been known so far. Furthermore, there is no known method that requires a pretreatment such as masking and mask removal even when a patterned film is formed at an arbitrary position.

【0009】そこで、本発明の目的は、より環境負荷の
少ないプロセスでDLC膜を形成し、さらに任意のパター
ンを形成し得る方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of forming a DLC film by a process having a smaller environmental load and further forming an arbitrary pattern.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者らは、液相中で、針形状のアノード電極及び
カソード電極を使用することにより、カソード電極上に
膜を形成し得ることを見出した。
In order to achieve the above object, the inventors can form a film on a cathode electrode by using a needle-shaped anode electrode and cathode electrode in a liquid phase. I found that.

【0011】本発明のDLC膜の形成方法は、有機溶媒
又は窒素含有有機溶媒中に、少なくとも先端が針形状の
アノード電極と、カソード電極とを配置して、前記針形
状のアノード電極と前記カソード電極との間に所定の電
圧を印加することにより、カソード電極上に前記有機溶
媒の構成元素である炭素又は炭素と窒素を含んでなるD
LC膜を形成することを特徴とする。
According to the method for forming a DLC film of the present invention, an anode electrode having a needle-shaped tip and a cathode electrode are arranged in an organic solvent or a nitrogen-containing organic solvent to form the needle-shaped anode electrode and the cathode. By applying a predetermined voltage between the cathode and the electrode, D containing carbon or carbon and nitrogen, which are the constituent elements of the organic solvent, on the cathode electrode.
It is characterized in that an LC film is formed.

【0012】本発明のDLC膜の形成方法の好ましい実
施態様としては、前記有機溶媒が、アクリロニトリル、
メタノール、エタノール、アセトン、2-プロパノー
ル、1-プロパノール、テトラヒドロフラン、グリコー
ル、グリセリンからなる群から選択される少なくとも1
種であることを特徴とする。
In a preferred embodiment of the method for forming a DLC film of the present invention, the organic solvent is acrylonitrile,
At least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, 2-propanol, 1-propanol, tetrahydrofuran, glycol and glycerin
It is a species.

【0013】本発明のDLC膜の形成方法の好ましい実
施態様としては、前記アノード電極又はカソード電極を
移動させて、任意の個所にパターン化されたDLC膜を
形成することを特徴とする。
A preferred embodiment of the method for forming a DLC film of the present invention is characterized in that the anode electrode or the cathode electrode is moved to form a patterned DLC film at an arbitrary position.

【0014】本発明のDLC膜の形成方法の好ましい実
施態様としては、前記有機溶媒が、含水溶媒であること
を特徴とする。
A preferred embodiment of the method for forming a DLC film of the present invention is characterized in that the organic solvent is a water-containing solvent.

【0015】本発明のDLC膜の形成方法の好ましい実
施態様としては、有機溶媒が、0.001〜10%の水を含有
する水溶液であることを特徴とする。
A preferred embodiment of the method for forming a DLC film of the present invention is characterized in that the organic solvent is an aqueous solution containing 0.001 to 10% of water.

【0016】本発明のDLC膜の形成方法の好ましい実
施態様としては、前記アノード電極及びカソード電極と
の間に、通電してDLC膜を形成することを特徴とす
る。
A preferred embodiment of the method for forming a DLC film of the present invention is characterized in that a DLC film is formed by applying an electric current between the anode electrode and the cathode electrode.

【0017】本発明のDLC膜の形成方法の好ましい実
施態様としては、前記有機溶媒に窒素ガスを導入して、
DLC膜を形成することを特徴とする。
In a preferred embodiment of the method for forming a DLC film of the present invention, nitrogen gas is introduced into the organic solvent,
It is characterized in that a DLC film is formed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明のDLC膜の形成方法にお
いては、有機溶媒あるいは窒素を含む有機溶媒中に、少
なくとも先端が針形状のアノード電極と、カソード電極
とを配置してDLC膜を形成する。DLC膜は、通常、
ラマン分光において、1450cm を中心にした1
150〜1650cm−1の大変幅が広い山を有するも
のを意味するが、本発明においては、G(1580cm
−1)とD(1332cm−1)に山を有する微細な(3n
m以下)グラファイト類似構造の部分とその部分が乱れ
た部分とが混在するものを意味する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for forming a DLC film of the present invention, an anode electrode having at least a needle-shaped tip and a cathode electrode are arranged in an organic solvent or an organic solvent containing nitrogen to form a DLC film. To do. DLC films are usually
In Raman spectroscopy, 1450 cm - was mainly 1 1
In the present invention, G (1580 cm) means a material having a very wide peak of 150 to 1650 cm −1.
-1 ) and D (1332 cm -1 ) having fine peaks (3n
(m or less) means that a portion having a graphite-like structure and a portion in which the portion is disturbed are mixed.

【0019】有機溶媒としては、特に限定されないが、
例えば、アクリロニトリル、メタノール、エタノール、
アセトン、2-プロパノール、1-プロパノール、テトラ
ヒドロフラン、グリコール、グリセリンからなる群から
選択される少なくとも1種を挙げることができる。本発
明においては、かかる有機溶媒の構成元素を含むDLC
膜を形成できるので、目的とするDLC膜の成分を含む
有機溶媒を選択して用いる。
The organic solvent is not particularly limited,
For example, acrylonitrile, methanol, ethanol,
At least one selected from the group consisting of acetone, 2-propanol, 1-propanol, tetrahydrofuran, glycol and glycerin can be mentioned. In the present invention, DLC containing the constituent elements of such an organic solvent
Since a film can be formed, an organic solvent containing the desired components of the DLC film is selected and used.

【0020】また、有機溶媒は、含水有機溶媒であって
もよい。含水有機溶媒である場合、0.001〜10%の水を
含有するのが好ましい。かかる範囲としたのは、0.001
未満とすると、水を加えた効果を発揮できないからであ
り、10以上とするとDLC膜が形成されないか、形成され
ても特性が悪いからである。
The organic solvent may be a water-containing organic solvent. When it is a water-containing organic solvent, it preferably contains 0.001 to 10% of water. This range is 0.001
This is because if the amount is less than the above, the effect of adding water cannot be exhibited, and if the amount is 10 or more, the DLC film is not formed or even if it is formed, the characteristics are poor.

【0021】電極に関しては、一般的な、銅電極、タン
グステン電極、白金電極などを使用することができ、特
に限定されない。但し、アノード電極の形状は、少なく
とも先端が針形状とする。これは、電流が流れる領域を
限定し、その領域にのみDLC膜を形成できるからであ
り、さらに、これにより、パターン形成を行う場合に、
微細加工が容易となるからである。
With respect to the electrodes, general copper electrodes, tungsten electrodes, platinum electrodes and the like can be used without any particular limitation. However, at least the tip of the anode electrode has a needle shape. This is because the region in which the current flows is limited, and the DLC film can be formed only in that region, and further, when pattern formation is performed,
This is because fine processing becomes easy.

【0022】針の材質としては、例えば、タングステ
ン、白金等を挙げることができる。針の直径は、特に限
定されないが、好ましくは、針の先端が0.1μm〜0.1mm
である。このような範囲としたのは、0.1μm以下にする
のが困難であるためであり、0.1mm以上では電流の集中
によるパターン化がおこりにくくなるというという観点
からである。
Examples of the material of the needle include tungsten and platinum. The diameter of the needle is not particularly limited, but the tip of the needle is preferably 0.1 μm to 0.1 mm.
Is. This range is set because it is difficult to set the thickness to 0.1 μm or less, and it is difficult to form the pattern due to the concentration of the current when the thickness is 0.1 mm or more.

【0023】また、本発明においては、アノード電極と
カソード電極との間に所定の電圧を印加することによ
り、カソード電極上に前記有機溶媒の構成元素とを含ん
でなるDLC膜を形成する。このとき、印加する電圧
は、合成するDLC膜の膜厚、パターンの形態等により
異なり特に限定されないが、好ましくは、1000〜3000ボ
ルトの範囲である。
In the present invention, a DLC film containing the constituent element of the organic solvent is formed on the cathode electrode by applying a predetermined voltage between the anode electrode and the cathode electrode. At this time, the applied voltage varies depending on the film thickness of the DLC film to be synthesized, the form of the pattern and the like and is not particularly limited, but is preferably in the range of 1000 to 3000 volts.

【0024】アノード電極とカソード電極との間の距離
も特に限定されないが、好ましくは、通電が起こるよう
な距離とする。例えば、アノード電極とカソード電極と
間は、0.1mm〜10mm、好ましくは、1〜3mmとする。通電
を継続することが可能な場合には、アノード電極及びカ
ソード電極との間を、10mm以上とすることができる。
The distance between the anode electrode and the cathode electrode is not particularly limited, but is preferably a distance such that energization occurs. For example, the distance between the anode electrode and the cathode electrode is 0.1 mm to 10 mm, preferably 1 to 3 mm. When the energization can be continued, the distance between the anode electrode and the cathode electrode can be 10 mm or more.

【0025】さらに、アノード電極とカソード電極との
関係は、アノード電極の少なくとも先端にある針の先端
を、カソード電極としての基板に向けて配置することが
好ましい。好ましくは、針先端を、カソード電極として
の基板に垂直に配置する。このように針先端を基板に垂
直とするのは、成膜する位置をより正確に制御すること
ができるからである。
Further, regarding the relationship between the anode electrode and the cathode electrode, it is preferable that at least the tip of the needle at the tip of the anode electrode is arranged so that the tip thereof faces the substrate as the cathode electrode. Preferably, the needle tip is arranged vertically to the substrate as the cathode electrode. The reason why the tip of the needle is perpendicular to the substrate is that the film forming position can be controlled more accurately.

【0026】また、高電圧を印加するなどにより通電し
て成膜する場合、アークによる有機溶媒の燃焼や爆発を
防止するために、好ましくは、窒素ガスを有機溶媒中に
導入し、反応によって生成した酸素を排出しながら行
う。
When a film is formed by energizing by applying a high voltage, it is preferable to introduce nitrogen gas into the organic solvent to prevent the organic solvent from burning or exploding due to an arc, and then the reaction is performed. Performed while discharging the oxygen.

【0027】なお、DLC膜の形成を促進するために、
磁気スターラーなどを用いて、有機溶媒を攪拌して成膜
してもよい。
In order to accelerate the formation of the DLC film,
The film may be formed by stirring the organic solvent using a magnetic stirrer or the like.

【0028】本発明のDLC膜の形成方法においては、
任意の個所にパターン形成されたDLC膜を形成するこ
ともできる。これは、アノード電極の少なくとも先端を
針形状としたために、先端部でのアノード放電によるエ
ネルギーが集中し、より正確な位置に局所的に成膜化す
ることが可能となるためである。この時のアノード放電
によるエネルギーは、プラズマ又は電離放射線によるも
のに匹敵する。したがって、本発明によれば、プラズマ
又は電離放射線によって引き起こされる環境に類似した
最高の成膜環境を作ることができる。この環境は、従来
の電気分解に比較してより十分なsp3結合した炭素原子
を生成するのに好ましい。
In the method of forming a DLC film of the present invention,
It is also possible to form a DLC film having a pattern formed at an arbitrary position. This is because at least the tip of the anode electrode has a needle shape, and the energy due to the anode discharge is concentrated at the tip portion, and it becomes possible to locally form a film at a more accurate position. The energy due to the anode discharge at this time is comparable to that due to plasma or ionizing radiation. Therefore, according to the present invention, it is possible to create the best film forming environment similar to the environment caused by plasma or ionizing radiation. This environment is preferred to produce more sp3 bound carbon atoms as compared to conventional electrolysis.

【0029】なお、本発明においては、有機溶媒中での
アノード放電による化学反応を主とするものであるが、
任意の個所にDLC膜をパターン形成することが可能で
あり、半導体製造等の微細加工過程に本発明を応用する
ことができる。この場合、本発明においては、微細加工
において必須であるマスキング、マスクの除去等の前処
理をおこなうことなく、カソード電極に基板を設置して
電圧を印加するだけで、直接基板上にパターンを形成す
ることができる。
In the present invention, the main chemical reaction is anodic discharge in an organic solvent.
It is possible to pattern the DLC film at an arbitrary position, and the present invention can be applied to a microfabrication process such as semiconductor manufacturing. In this case, in the present invention, a pattern is directly formed on the substrate by simply setting the substrate on the cathode electrode and applying a voltage without performing pretreatment such as masking and mask removal, which are essential in fine processing. can do.

【0030】[0030]

【実施例】ここで、本発明の一実施例を説明するが、本
発明は、下記の実施例に限定して解釈されるものではな
い。また、本発明の趣旨を逸脱することなく、本発明を
適宜変更して実施することが可能である。
EXAMPLES One example of the present invention will now be described, but the present invention is not construed as being limited to the following example. Further, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.

【0031】実施例1 本発明のDLC膜の形成方法の一実施例についての概略
図を図1に示す。分析的に純粋なアクリロニトリル(CH2C
HCN)溶媒を電解溶媒として使用した。有機溶媒の温度
は、80℃以下であった。10〜20Ω・cmの抵抗を有するP型
Si基板を銅棒電極に取り付けた。アノードは、銅棒に結
合した細いタングステン針(指摘した先端の直径は約5μ
m)とした。タングステン針を曲げて、タングステン針が
Si基板に対して垂直になる構造を形成させた。タングス
テン針と板との間の距離は、約2mmにセットした。有機
溶媒に垂直なタングステン針の部分はガラス管によって
保護された。実験前及び実験中は、窒素ガスを有機溶媒
中に導入して、空気を排出し爆発するのを防いだ。有機
溶媒の拡散を促進するために、磁気スターラーを使用し
た。基板に適用した電圧は、0〜3000ボルトへ変化させ
ることが出来、電流限界は、100mAであった。
Example 1 FIG. 1 shows a schematic view of an example of a method for forming a DLC film of the present invention. Analytically pure acrylonitrile (CH 2 C
HCN) solvent was used as the electrolytic solvent. The temperature of the organic solvent was 80 ° C or lower. P type with a resistance of 10 to 20 Ω · cm
The Si substrate was attached to a copper rod electrode. The anode was a thin tungsten needle attached to a copper rod (the tip tip diameter was about 5 μm).
m). Bend the tungsten needle
A structure perpendicular to the Si substrate was formed. The distance between the tungsten needle and the plate was set to about 2 mm. The portion of the tungsten needle perpendicular to the organic solvent was protected by a glass tube. Before and during the experiment, nitrogen gas was introduced into the organic solvent to expel air and prevent explosion. A magnetic stirrer was used to facilitate the diffusion of the organic solvent. The voltage applied to the substrate could be varied from 0 to 3000 volts and the current limit was 100mA.

【0032】X線光電子分光法(XPS)、ラマン分光、及び
フーリエ変換赤外(FTIR)分光によって、堆積したDLC膜
を調べた。
The deposited DLC film was examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy.

【0033】この実験において、ある高い電圧を使用し
た場合、アークが肉眼ですら観察できた。実験中、エネ
ルギー供給はより十分に集中されたものであったと予想
される。
In this experiment, the arc was even observable with the naked eye when some high voltage was used. It is expected that during the experiment, the energy supply was more well concentrated.

【0034】XPS結果は、堆積した膜は、炭素、窒素及
び酸素元素だけを含むことを示した。周囲の大気から酸
素の存在を取り除くことができなかった。窒素の存在
は、顕著であった。N1ピークとC1ピークの領域によれ
ば、この膜において窒素([N]/[N]+[C])の含有量
は、約28.7%である(βC34の理論値は、57%であ
る。)。
XPS results showed that the deposited film contained only carbon, nitrogen and oxygen elements. It was not possible to remove the presence of oxygen from the surrounding atmosphere. The presence of nitrogen was significant. According to the regions of N1 peak and C1 peak, the content of nitrogen ([N] / [N] + [C]) in this film is about 28.7% (theoretical value of βC 3 N 4 is 57%. It is.).

【0035】ラマンスペクトル分光は、炭素材料の性質
に対する最も一般的な技術であり、典型的なサンプルの
ラマンスペクトル分光を、図2に示す。図2において
は、それぞれ、ラマンGバンドとDバンドと呼ばれて同定
される1590cm−1及び1380cm−1に位置する広いバンドを
含む。Gバンドは、炭素原子のsp2結合からなるミクロ
領域のグラファイト類似層に相当し、一方、Dバンド
は、炭素のsp2結合からなるグラファイト領域が小さい
ために、結合が乱れた部分からできる。主に炭素のsp3
結合に相当するもので、このDバンド相当部分が多いほ
どダイヤモンドライクであるということができる。さら
に、堆積させたサンプルのスペクトルは、入射レーザー
ビームが重ね合わされこのサンプルにおける高い水素レ
ベルを示した。水素化アモルファス膜に対して、最も顕
著な傾向は、線幅がより広く、D強度が減少し、光学ギ
ャップが増加して、膜におけるsp3結合した炭素の部分
が対応して増加する。それゆえ、このサンプルは、sp2
及びsp3結合した炭素−炭素又は炭素−窒素結合を含ん
だ水素化アモルファス炭素窒素膜として特徴つけること
ができる。sp3結合のような四面体状C−N及び直線状C≡
N伸縮結合が報告された場所の1250及び2250cm−1近傍に
おいていくつかの特徴があるが、それらは、非常に弱
く、ノイズ気味なので確認できなかった。
Raman spectroscopy is the most common technique for the properties of carbon materials, and Raman spectroscopy of a typical sample is shown in FIG. In Figure 2, respectively, it includes a broad band located 1590 cm -1 and 1380 cm -1 are identified called Raman G band and D-band. The G band corresponds to a graphite-like layer in the micro region consisting of sp2 bonds of carbon atoms, while the D band is formed from a portion where the bonds are disturbed because the graphite region consisting of sp2 bonds of carbon is small. Mainly carbon sp3
It is equivalent to bonding, and it can be said that the larger the portion corresponding to this D band, the more diamond-like. In addition, the spectrum of the deposited sample showed high hydrogen levels in this sample when the incident laser beams were superposed. For hydrogenated amorphous films, the most prominent trends are broader linewidths, decreased D intensities, increased optical gaps, and a corresponding increase in the proportion of sp3-bonded carbon in the films. Therefore, this sample is sp2
And hydrogenated amorphous carbon-nitrogen films containing sp3 bonded carbon-carbon or carbon-nitrogen bonds. Tetrahedral C-N and linear C≡ like sp3 bond
There were some features near 1250 and 2250 cm −1 where N stretch bonds were reported, but they were very weak and noisy and could not be identified.

【0036】典型的なサンプルのFTIRスペクトルを図3
に示す。2335cm−1での鋭いピークは大気中のCO2による
ものである。2988及び1650cm−1でのバンドは、それぞ
れ、C−H及びN−Hの振動モードに関係し、水素原子も存
在しており窒素及び炭素に結合していることを示した。
これらの結果は、ラマンスペクトルの結果と一致する。
2245,1550,1370及び1250cm-1での特徴的バンドは、C
及びN原子が膜において化学的に結合していることを示
す。2245cm−1での吸収バンドは、炭素―窒素三重結合
の伸縮振動に相当する。1370及び1590cm−1でのバンド
は、それぞれラマン活性なD及びGモードに関係する。グ
ラファイト単一結晶において、これらのモードは、ラマ
ン活性である一方、CNx膜に対する窒素原子の結合のた
めに、グラファイトリングの対称性が破壊されるとき、
IR禁制は、IR活性となる。特に、1250cm−1に中心のあ
るバンドは、sp3結合したC−Nモードに関係する。結晶C
3N4において、炭素が窒素にsp3結合するなら、対応する
吸収結合は、1250cm−1の周囲である。溶媒の電気分解
を細い針形状アノードを使用して行ったとき、局所ジュ
ール熱が溶媒中に生じ、その後、適当な状況のエネルギ
ー損失の下で、もし適用した電圧が十分高いなら、グロ
ー放電が起こるかもしれない。この場合、溶媒に初めか
ら高濃度のラジカルを含む非常に狭い第一反応領域を形
成することができる。したがって、プラズマや電離放射
線によって引き起こされるものと非常に近似した最高の
環境を作ることができる。すなわち、いくつかの非平衡
反応が生じるか、いくつかの準安定な生成物を得ること
ができる。これは、本発明で高い含有量のsp3結合した
炭素―窒素膜がなぜ形成されるかの理由である。
The FTIR spectrum of a typical sample is shown in FIG.
Shown in. The sharp peak at 2335 cm −1 is due to atmospheric CO 2 . Bands at 2988 and 1650 cm −1 were associated with C—H and N—H vibrational modes, respectively, indicating that hydrogen atoms were also present and bound to nitrogen and carbon.
These results are in agreement with those of Raman spectra.
The characteristic bands at 2245, 1550, 1370 and 1250 cm -1 are C
And N atoms are chemically bound in the film. The absorption band at 2245 cm −1 corresponds to the stretching vibration of the carbon-nitrogen triple bond. Bands at 1370 and 1590 cm −1 are associated with Raman-active D and G modes, respectively. In graphite single crystals, these modes are Raman-active, while when the symmetry of the graphite ring is broken due to the bonding of nitrogen atoms to the CNx film,
IR forbidden becomes IR active. In particular, the band centered at 1250 cm −1 is associated with the sp3 bound C—N mode. Crystal C
At 3 N 4 , if carbon is sp3 bonded to nitrogen, the corresponding absorption bond is around 1250 cm -1 . When the electrolysis of the solvent is carried out using a fine needle-shaped anode, a local Joule heat is generated in the solvent, and then, under appropriate circumstances of energy loss, if the applied voltage is high enough, a glow discharge will occur. May happen. In this case, it is possible to form a very narrow first reaction region containing a high concentration of radicals in the solvent from the beginning. Therefore, it is possible to create the best environment very close to that caused by plasma and ionizing radiation. That is, some non-equilibrium reactions can occur or some metastable products can be obtained. This is the reason why a high content of sp3-bonded carbon-nitrogen film is formed in the present invention.

【0037】アノード放電技術は、80℃以下の温度にて
アクリロニトリル(CH2CHCN)における窒化炭素膜を合成
するのに使用した。アノードは、細いタングステン針で
ある一方、カソードは、Si基板であった。適用した電圧
が、十分であれば、スパークを堆積中に観察することが
できた。この膜において、窒素[N]/[N]+[C]の含有量
は約28.7%であった。この技術が、sp3結合したC-Nを形
成するのにより好ましい最高の環境を作ることが可能な
ことは、ラマンスペクトル分光及びフーリエ変換赤外線
吸収によって予測することができた。
The anode discharge technique was used to synthesize carbon nitride films on acrylonitrile (CH 2 CHCN) at temperatures below 80 ° C. The anode was a thin tungsten needle, while the cathode was a Si substrate. If the applied voltage was sufficient, sparks could be observed during deposition. In this film, the content of nitrogen [N] / [N] + [C] was about 28.7%. It could be predicted by Raman spectroscopy and Fourier transform infrared absorption that this technique could create the best environment for forming sp3-bonded CN.

【0038】実施例2 次に、アークを発生させながら成膜した場合と、アーク
を発生させずに成膜した場合とを比較するために、実施
例1と同様の方法を用いてサンプルを作製した。アーク
を発生させる場合には、1300ボルトの高電圧を印加して
成膜した。一方、アークを発生させない場合には、1200
ボルトの電圧を印加して成膜した。
Example 2 Next, in order to compare the case of forming a film while generating an arc and the case of forming a film without generating an arc, a sample was prepared using the same method as in Example 1. did. When generating an arc, a high voltage of 1300 V was applied to form a film. On the other hand, if no arc is generated, 1200
A film was formed by applying a voltage of volt.

【0039】図4(A)及び(B)は、それぞれ、非スパーク
及びスパークによって得られた典型的な膜のSEM像を示
す。非スパーク膜の形態が、幾分コーン状で密でないこ
とが分かる。一方、スパーク膜は、小さくコンパクトな
粒子からなっている。
FIGS. 4A and 4B show SEM images of typical films obtained by non-sparking and sparking, respectively. It can be seen that the morphology of the non-spark film is somewhat cone-like and not dense. Spark membranes, on the other hand, consist of small and compact particles.

【0040】ラマンスペクトル分光は、炭素関連材料の
特徴を調べるのに最も一般的で技術である。図4に示す
膜A及びBに関するラマンスペクトルを図5に示す。図
5’(A)は、それぞれ、Gバンド及びCバンドと呼ばれて
同定される1590及び1380cm-1に位置する2つのバンドを
含む。1550cm−1の鋭いピークは、大気中のO2によるも
のである。Gバンドは、炭素のsp2結合からなるミクロ領
域のグラファイト状の層に相当し、一方、Dバンドは、
炭素のsp2結合からなるグラファイト領域が小さいため
に、結合が乱れた部分から出てくる主に炭素のsp3結合
に由来するものである。位置、G及びDバンドのバンド
幅、及びDからGバンドまでの強度の割合を、構造的秩序
の程度を測定するために決定した。
Raman spectroscopy is the most common and technique for characterizing carbon-related materials. Raman spectra for films A and B shown in FIG. 4 are shown in FIG. FIG. 5 '(A) contains two bands located at 1590 and 1380 cm -1 , identified as the G and C bands, respectively. The sharp peak at 1550 cm -1 is due to O 2 in the atmosphere. The G band corresponds to a graphitic layer in the micro region consisting of carbon sp2 bonds, while the D band is
Since the graphite region consisting of carbon sp2 bond is small, it originates mainly from carbon sp3 bond that emerges from the part where the bond is disturbed. The position, the bandwidth of the G and D bands, and the ratio of intensities from the D to G bands were determined to measure the degree of structural order.

【0041】1380及び1590cm-1での幅広いバンドの他
に、図3は、約1293及び1452cm−1にて別の2つのバン
ドを示す。Kumar等の調査において、1300cm-1にてより
低いピークにあるものは、完全な立方体対称を有しない
sp3結合のC-C振動モードのためである。約1452cm-1に中
心を持つバンドは、いくらかの文献において報告されて
いる。このバンドは、通常、四面体状結合したダイヤモ
ンド類似性による。したがって、アークを発生させた条
件下で調製したサンプルBは,サンプルAによって作製さ
れた非スパークのものと比較してかなり改善したダイヤ
モンド特性を持つと考えられる。
In addition to the broad bands at 1380 and 1590 cm -1 , FIG. 3 shows another two bands at about 1293 and 1452 cm -1 . Kumar et al. Found that the lower peak at 1300 cm -1 does not have perfect cubic symmetry.
This is because of the CC vibration mode of sp3 binding. A band centered at about 1452 cm -1 has been reported in some literature. This band is usually due to the tetrahedrally bonded diamond similarity. Therefore, sample B prepared under the conditions of arc generation is believed to have significantly improved diamond properties compared to the non-sparked one produced by sample A.

【0042】溶媒の電気分解を細い針形状アノードを使
用して行ったとき、局所的なジュール熱が溶媒において
起こる可能性があり、その後適当なエネルギー損失条件
の下で、もし、適用した電圧が十分高いなら、グロー放
電が起こり得る。この場合、溶媒から本質的にある高濃
度のラジカルを含む非常に浅い第一反応領域を形成する
ことができる。したがって、プラズマ又は電離放射線に
よって引き起こされるものに類似した最高の環境を作る
ことができる。すなわち、いくつかの非平衡反応が起こ
るか、いくらかの準安定生成物を得ることができる。こ
の環境は、従来の電気分解に比較してより十分なsp3結
合した炭素原子を生成するのに好ましい。
When the electrolysis of the solvent is carried out using a fine needle-shaped anode, local Joule heat can occur in the solvent, and then under appropriate energy loss conditions, if the applied voltage is If high enough, glow discharge can occur. In this case, it is possible to form a very shallow first reaction zone containing essentially a high concentration of radicals from the solvent. Therefore, it is possible to create the best environment that is similar to that caused by plasma or ionizing radiation. That is, some non-equilibrium reactions occur or some metastable product can be obtained. This environment is preferred to produce more sp3 bound carbon atoms as compared to conventional electrolysis.

【0043】要約すると、ダイヤモンドライクカーボン
膜を、高電圧下で、細いタングステン針状アノードを使
用してエタノール溶媒下でシリコン基板上に放電堆積さ
せ、堆積中、もし適用した電圧が十分なら、スパークを
観察することができる。この方法が、従来の電気分解と
比較してより十分なsp3結合した炭素原子を形成するの
に好ましい最高の環境を作ることができるとラマンスペ
クトル分光から推測される。
In summary, a diamond-like carbon film was discharge-deposited on a silicon substrate under ethanol solvent under high voltage using a fine tungsten needle-shaped anode, and during the deposition, if the applied voltage was sufficient, a spark was applied. Can be observed. It is speculated from Raman spectroscopy that this method can create the best environment favorable for forming more sp3 bonded carbon atoms compared to conventional electrolysis.

【0044】実施例3 次に、実施例1と同様の方法を用いて、DLC膜のパターン
化を数回行った。結果を図6に示す。図7及び図8は、パ
ターン形成した結果を示す。図7は、エタノール中で、
室温にて、電圧1200Vで115分間パターン形成を行ったも
のである。なお、アノード電極の針先端からカソード電
極上のSi基板まで距離は、2mm以下であった。図8は、
電圧を1000Vで135分間パターン形成を行ったものであ
り、他の条件は、図7におけるものと同様である。な
お、パターンの膜厚は、1〜5μmであった。
Example 3 Next, the same method as in Example 1 was used to pattern the DLC film several times. The results are shown in Fig. 6. 7 and 8 show the result of pattern formation. Figure 7 shows that in ethanol
The pattern was formed at a voltage of 1200 V for 115 minutes at room temperature. The distance from the tip of the needle of the anode electrode to the Si substrate on the cathode electrode was 2 mm or less. Figure 8
The pattern formation was performed at a voltage of 1000 V for 135 minutes, and other conditions were the same as those in FIG. The pattern film thickness was 1 to 5 μm.

【0045】パターンの線幅は、約5-10μmであった。
これらは、電極を手動で走査しているため、鋭いパター
ンを形成するのが困難であった。しかし、コンピュータ
ー制御された装置を用いて、より微細なパターンを形成
し得ることは明らかである。
The line width of the pattern was about 5-10 μm.
These are difficult to form a sharp pattern because they scan the electrodes manually. However, it is clear that computer controlled equipment can be used to form finer patterns.

【0046】実施例4 ラマン測定をエタノール有機溶媒において水を加えて得
た膜において行った。これらの結果を図9に示す。これ
らラマンスペクトルから、我々は、様々な傾向、すなわ
ち、0〜4.0ml の水(溶媒に対して約0.001〜4.0mlに相
当する水。)を変化させて加えたとき、D及びGバンドの
両方のバンド幅が減少し、ID(Dバンドの強度)/IG割合
が増加するのを示すのが分かる。D及びGバンド幅におけ
る増大は、グラファイトに見られる120℃の結合角にあ
る3個の結合した炭素原子の結合角がひずむことに相当
する。結合角障害のために、バンド幅は、水の添加と共
に非常に大きくなった。その後、さらに水の添加によっ
て障害が一部除かれるにつれて、バンドが狭くなった。
Example 4 Raman measurements were carried out on membranes obtained by adding water in an organic solvent of ethanol. The results are shown in FIG. From these Raman spectra, we find that with various trends, both 0 and 4.0 ml of water (about 0.001 to 4.0 ml of water corresponding to the solvent) were added in varying amounts, both the D and G bands. bandwidth is reduced, it is found indicate that the / I G ratio (intensity of D-band) I D increases. The increase in D and G bandwidth corresponds to the distortion of the bond angle of the three bonded carbon atoms at the bond angle of 120 ° C. found in graphite. Due to the bond angle hindrance, the bandwidth became very large with the addition of water. Thereafter, the band narrowed as further damage was partially removed by the addition of water.

【0047】水の添加によるID/IG強度の増加は、結晶
の数及び/又はサイズにおける成長を予測するモデルと
一致した。文献においてアモルファスカーボンのアニー
ルに関して報告されたように、アニール温度が増加した
とき、結晶の大きさ及び/又は数が成長し、ラマンスペ
クトルに寄与し始め、ID/IG率を増加させた。
The increase in ID / IG intensity with the addition of water was consistent with the model predicting growth in number and / or size of crystals. As reported in the literature for annealing amorphous carbon, as the annealing temperature was increased, the size and / or number of crystals grew and began to contribute to the Raman spectrum, increasing the ID / IG ratio.

【0048】水の添加は、有機溶媒の抵抗を減少させ
た。上記ラマン結果から水の添加は結合角障害が部分的
に除去され、結晶優勢域が増加し、DLC膜の質の低下を
導くと見られる。
The addition of water reduced the resistance of the organic solvent. From the Raman results, it is considered that the addition of water partially removes the bond angle obstruction, increases the crystal dominant region, and leads to the deterioration of the quality of the DLC film.

【0049】次に、電解溶媒の電圧電流特性における水
の影響を調べた。実施例1と同様の方法を用いて、メタ
ノール(CHOH)、エタノール(CHCHOH)、アセトン(H
O-CO-CH)、及び2-プロパノール(CHCHOHCH) 、
1-プロパノール(CHCHCHOH)、テトラヒドロフラ
ン(CHO)、グリコール(HOCH-CHOH)、グリセリン
(HOCHCHCHOH)の電解溶媒を使用してDLC膜を形成
した。形成したDLC膜についてそれぞれラマン測定を
行いDLC膜であることを確認した。
Next, the influence of water on the voltage-current characteristics of the electrolytic solvent was investigated. Using the same method as in Example 1, methanol (CH 3 OH), ethanol (CH 3 CH 2 OH), acetone (H 2
3 O-CO-CH 3 ), and 2-propanol (CH 3 CHOHCH 3 ),
1-propanol (CH 3 CH 2 CH 2 OH), tetrahydrofuran (C 4 H 8 O), glycol (HOCH 2 —CH 2 OH), glycerin
A DLC film was formed using an electrolytic solvent of (HOCH 2 CHCH 2 OH). Raman measurement was performed on each of the formed DLC films, and it was confirmed that they were DLC films.

【0050】これらのメタノール(CHOH)、エタノール
(CHCHOH)、アセトン(HO-CO-CH)、及び2-プロ
パノール(CHCHOHCH) 、1-プロパノール(CHCHC
HOH)、テトラヒドロフラン(CHO)、グリコール(HO
CH-CHOH)、グリセリン(HOCHCHCHOH)の電解溶媒
を使用して、電解溶媒の電圧電流特性における水の影響
を調べた。
These methanol (CH 3 OH), ethanol
(CH 3 CH 2 OH), acetone (H 3 O-CO-CH 3 ), and 2-propanol (CH 3 CHOHCH 3 ), 1-propanol (CH 3 CH 2 C)
H 2 OH), tetrahydrofuran (C 4 H 8 O), glycol (HO
CH 2 -CH 2 OH), using the electrolyte solvent of glycerin (HOCH 2 CHCH 2 OH), examined the effect of water on the voltage-current characteristics of the electrolyte solvent.

【0051】グリコール及びグリセリンの場合、非常に
粘度があり、高沸点であるので、抵抗に対する温度依存
性(R=V/I、Vは適用した電圧、Iは、対応する電流であ
る。)を分析した。
In the case of glycol and glycerin, since they are very viscous and have a high boiling point, the temperature dependence on resistance (R = V / I, V is the applied voltage, and I is the corresponding current). analyzed.

【0052】電流と電圧との関係における水の影響は、
有機溶媒に依存する。メタノールの場合の結果を図10に
示す。
The effect of water on the relationship between current and voltage is
Depends on organic solvent. The results for methanol are shown in FIG.

【0053】メタノールの場合、はじめに水を加える
と、まさに予想した通り抵抗は減少した。しかしなが
ら、さらに水を加えると抵抗は増加した(図10参照)。エ
タノールの場合、抵抗は、水の付加と共に減少するが、
減少の程度はそれほどではなかった。
In the case of methanol, the initial addition of water reduced the resistance exactly as expected. However, the resistance increased with the addition of more water (see Figure 10). In the case of ethanol, the resistance decreases with the addition of water,
The reduction was not so great.

【0054】アセトン及び1-プロパノール、2-プロパ
ノール及びテトラヒドロフランの場合、抵抗は、水の付
加にともない減少し、増加の程度は劇的であった。
In the case of acetone and 1-propanol, 2-propanol and tetrahydrofuran, the resistance decreased with the addition of water and the degree of increase was dramatic.

【0055】グリコールとグリセリンについては有機溶
媒は非常に粘性がある。室温において、我々が、電源の
最大電圧(3.0kV)を適用したときでさえ、電流を決定
することができなかった。しかしながら、室温が増加す
るにつれて、抵抗は著しく減少した。
Organic solvents for glycols and glycerin are very viscous. At room temperature, we were unable to determine the current, even when applying the maximum voltage of the power supply (3.0 kV). However, the resistance decreased significantly with increasing room temperature.

【0056】加えた水の体積及び様々な有機溶媒の抵抗
の対数プロットを図11に示す。グリコール及びグリセ
リンに異なる体積の水を付加した場合の抵抗の温度依存
性を図12及び図13に示す。
A log plot of added water volume and resistance of various organic solvents is shown in FIG. The temperature dependence of the resistance when different volumes of water are added to glycol and glycerin are shown in FIGS. 12 and 13.

【0057】図11から抵抗に対する水の影響が有機溶
媒に依存しているのが分かる。この現象は異なる有機溶
媒の物理的性質に関連すべきである。表1において、様
々な有機溶媒の物理的特性がリストされている。
It can be seen from FIG. 11 that the influence of water on the resistance depends on the organic solvent. This phenomenon should be related to the physical properties of different organic solvents. In Table 1, the physical properties of various organic solvents are listed.

【0058】[0058]

【表1】 図11及び表1から、我々は、メタノール、エタノー
ル、1-プロパノール、2-プロパノール及びテトラヒド
ロフランの有機溶媒に対して、誘電率が大きくなると、
それらの抵抗が小さくなるという規則性を見出した。物
質の誘電率が、物質の分極能であることが知られてい
る。誘電率が大きいと、その分極能が強くなり、さらに
分極した粒子型が多くなる。したがって、電解溶媒の誘
電率は、放電堆積中の電流密度に対する鍵となる要因で
ある。
[Table 1] From FIG. 11 and Table 1, we can see that when the dielectric constant increases with respect to the organic solvent of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and tetrahydrofuran,
The regularity that those resistances become small was found. It is known that the permittivity of a substance is the polarizability of the substance. If the permittivity is large, the polarization ability becomes strong, and the number of polarized particle types increases. Therefore, the dielectric constant of the electrolytic solvent is a key factor for the current density during discharge deposition.

【0059】表1から、メタノールの誘電率は、エタノ
ール、アセトン、1-プロパノール、2-プロパノール及
びテトラヒドロフランのものより大きく、これが、メタ
ノールが電解溶媒として使用したとき、抵抗が他の有機
溶媒(エタノール、アセトン、1-プロパノール、2-プ
ロパノール、テトラヒドロフラン)より、十分抵抗が低
いことの理由である。また、水の誘電率が、エタノー
ル、アセトン、1-プロパノール、2-プロパノール、テ
トラヒドロフランの有機溶媒より高いことが明白であ
り、放電堆積中に少量の水をそれらの5つの有機溶媒中
に加えたとき、この誘電率の高さが、電流が増加する理
由である。しかしながらメタノールの場合、現象は、少
し異なり、抵抗は、水の更なる添加によって増加した。
From Table 1, the dielectric constant of methanol is larger than that of ethanol, acetone, 1-propanol, 2-propanol and tetrahydrofuran, which means that when methanol is used as an electrolytic solvent, the resistance is different from that of other organic solvents (ethanol , Acetone, 1-propanol, 2-propanol, tetrahydrofuran). It is also clear that the dielectric constant of water is higher than the organic solvents of ethanol, acetone, 1-propanol, 2-propanol and tetrahydrofuran, and a small amount of water was added to these 5 organic solvents during discharge deposition. This high permittivity is the reason why the current increases. However, in the case of methanol the phenomenon was slightly different and the resistance was increased by the further addition of water.

【0060】これに対して、グリコールとグリセリンの
場合において、実験結果は上記規則性に反対を示した。
グリコール及びグリセリンの誘電率は、メタノールやエ
タノール等より高い、一方、それらの抵抗はメタノール
などのものより大きい。ここで、粘度の概念がこれらの
現象を説明するのに適用される。
On the other hand, in the case of glycol and glycerin, the experimental results showed the opposite of the above regularity.
The dielectric constants of glycol and glycerin are higher than those of methanol and ethanol, while their resistance is higher than that of methanol and the like. Here, the concept of viscosity is applied to explain these phenomena.

【0061】すべての液体は、形を変えるための明確な
抵抗をもつ。この性質、すなわち内部摩擦の種類は、粘
度と呼ばれる。言い換えれば、ある有機溶媒の粘度が高
ければ、拡散するのがより困難となる。表1からグリコ
ール及びグリセリンの粘度はメタノール、エタノールな
どより十分大きいのが分かる。したがって、それらの誘
電率でさえ、分子は、有機溶媒において別の部分に容易
に拡散しない。それゆえ、電解溶媒としてグリコール及
びグリセリンを使用したとき、抵抗が少し低くなるので
ある。
All liquids have a definite resistance to change shape. This property, the type of internal friction, is called viscosity. In other words, the more viscous an organic solvent is, the more difficult it is to diffuse. It can be seen from Table 1 that the viscosities of glycol and glycerin are sufficiently higher than those of methanol and ethanol. Thus, even with their dielectric constant, the molecules do not readily diffuse in organic solvents to another part. Therefore, when glycol and glycerin are used as the electrolytic solvent, the resistance is slightly lowered.

【0062】温度が増加したとき、粘度が減少すること
が知られている。異なる量の水を添加したときのグリコ
ール及びグリセリンの抵抗の温度依存性を図12及び図
13に示す。それらは、温度が増加したとき、抵抗が減
少することを示した。これらの結果は、より十分に拡散
しやすくする高温において有機溶媒の粘度が減少したた
めである。
It is known that the viscosity decreases with increasing temperature. The temperature dependence of the resistance of glycol and glycerin when different amounts of water are added is shown in FIGS. 12 and 13. They showed that the resistance decreased as the temperature increased. These results are due to a decrease in the viscosity of the organic solvent at high temperatures which facilitates more adequate diffusion.

【0063】一方、グリコール及びグリセリンの有機溶
媒における水添加の影響の程度は少し異なることは注目
すべきである。グリコールの場合には、水添加は抵抗の
減少においてみられる一方、グリセリンにおいてあまり
影響がなかった。表1からグリセリン(10690)の粘度
は、いずれの他の有機溶媒よりも十分より高いことが分
かる。その誘電率が十分水のものより高いときでさえ、
放電堆積中により十分に分極した分子を形成するかもし
れない。要約すると、有機溶媒の抵抗に関して少なくと
も2つの要因、すなわち誘電率及び粘度があることが判
明した。
On the other hand, it should be noted that the effect of water addition in the organic solvents of glycol and glycerin is slightly different. In the case of glycol, water addition was seen in decreasing resistance, while glycerol had less effect. It can be seen from Table 1 that the viscosity of glycerin (10690) is much higher than any other organic solvent. Even when its dielectric constant is sufficiently higher than that of water,
It may form more fully polarized molecules during discharge deposition. In summary, it has been found that there are at least two factors relating to the resistance of organic solvents: dielectric constant and viscosity.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明のDLC膜の形成方法によれば、
液相から成膜することができ、環境にできるだけ近い常
温、常圧付近の有機溶媒を用いることによって、環境に
優しく、DLC膜を形成できるという有利な効果を奏す
る。
According to the method for forming a DLC film of the present invention,
It is possible to form a film from a liquid phase, and by using an organic solvent at room temperature and atmospheric pressure that is as close to the environment as possible, there is an advantageous effect of being environmentally friendly and capable of forming a DLC film.

【0065】本発明のDLC膜の形成方法によれば、膜
形成に利用されなかった原料のリサイクルが可能である
という有利な効果を奏する。即ち、低温工程とリサイク
ル可能な液相での工程によって、環境に産業廃棄物を排
出する量を極めて低減できるという有利な効果を奏す
る。
The method of forming a DLC film according to the present invention has an advantageous effect that it is possible to recycle raw materials not used for film formation. That is, the low temperature process and the recyclable liquid phase process have an advantageous effect that the amount of industrial waste discharged to the environment can be extremely reduced.

【0066】本発明のDLC膜の形成方法によれば、手
軽に、かつ、低コストで薄膜形成及びパターン形成を行
うことができる。即ち、直接薄膜を形成するため、例え
ば、セラミックスをパターン化するために熱処理等のい
くつかの形成工程を省略することができるという有利な
効果を奏する。
According to the method for forming a DLC film of the present invention, thin film formation and pattern formation can be carried out easily and at low cost. That is, since the thin film is directly formed, there is an advantageous effect that some forming steps such as heat treatment for patterning the ceramics can be omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、本発明のDLC膜の形成方法の一実
施態様についての概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of a method for forming a DLC film of the present invention.

【図2】 図2は、サンプルのラマンスペクトル分光を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing Raman spectrum spectroscopy of a sample.

【図3】 図3は、サンプルのFTIRスペクトルを示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an FTIR spectrum of a sample.

【図4】 図4は、サンプルのSEM像を示す図であり、
(A)は、アークを発生させずに成膜した場合のDLC膜のSE
M像を示し、(B)は、アークを発生させて成膜した場合の
SEM像を示す。
FIG. 4 is a diagram showing a SEM image of a sample,
(A) is the SE of the DLC film when it is formed without generating an arc.
M image is shown, (B) is the case of forming a film by generating an arc
The SEM image is shown.

【図5】 図5は、ラマンスペクトルを示す図であり、
(A)及び(B)は、それぞれ図4に示す膜(A)及び(B)につい
てのラマンスペクトルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a Raman spectrum,
(A) And (B) is a figure which shows the Raman spectrum about the film | membranes (A) and (B) shown in FIG. 4, respectively.

【図6】 図6は、パターン形成したDLC膜を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a patterned DLC film.

【図7】 図7は、1200Vの電圧を加えたときのパター
ン形成したDLC膜を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a patterned DLC film when a voltage of 1200 V is applied.

【図8】 図8は、1000Vの電圧を加えたときのパター
ン形成したDLC膜を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a patterned DLC film when a voltage of 1000 V is applied.

【図9】 図9は、エタノール有機溶媒において水を加
えて得られた膜のラマン測定を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing Raman measurement of a film obtained by adding water in an organic solvent of ethanol.

【図10】 図10は、電流と電圧との関係における水
の影響を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the influence of water on the relationship between current and voltage.

【図11】 図11は、加えた水の体積及び様々な有機
溶媒の抵抗の対数プロットとの関係を示す図である。
FIG. 11 shows the relationship between the volume of added water and the log plot of the resistance of various organic solvents.

【図12】 図12は、グリコールに異なる体積の水を
添加した場合の抵抗の温度依存性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing temperature dependence of resistance when different volumes of water are added to glycol.

【図13】 図13は、グリセリンに異なる体積の水を
添加した場合の抵抗の温度依存性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing temperature dependence of resistance when different volumes of water were added to glycerin.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 DC源 2 Cu銅電極 3 金属針 4 Si基板 5 磁気スターラー 6 温度計 7 N2ガス1 DC source 2 Cu copper electrode 3 Metal needle 4 Si substrate 5 Magnetic stirrer 6 Thermometer 7 N 2 gas

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−25896(JP,A) 特開 昭62−54095(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 26/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-25896 (JP, A) JP-A-62-54095 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 26/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 有機溶媒中に、少なくとも先端が針形状
のアノード電極と、カソード電極としての基板を配置し
て、前記針形状のアノード電極と前記カソード電極との
間に所定の電圧を印加することにより、カソード電極上
に前記有機溶媒由来の構成元素を含む成分からなるダイ
ヤモンドライクカーボン膜を形成することを特徴とする
ダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法。
1. An organic solvent is provided with an anode electrode having a needle-shaped tip at least and a substrate as a cathode electrode, and a predetermined voltage is applied between the needle-shaped anode electrode and the cathode electrode. Thus, the method of forming a diamond-like carbon film, which comprises forming a diamond-like carbon film composed of a component containing a constituent element derived from the organic solvent on the cathode electrode.
【請求項2】 前記有機溶媒が、アクリロニトリル、メ
タノール、エタノール、アセトン、2-プロパノール、
1-プロパノール、テトラヒドロフラン、グリコール、
グリセリンからなる群から選択される少なくとも1種で
あることを特徴とする請求項1記載の方法。
2. The organic solvent is acrylonitrile, methanol, ethanol, acetone, 2-propanol,
1-propanol, tetrahydrofuran, glycol,
The method according to claim 1, wherein the method is at least one selected from the group consisting of glycerin.
【請求項3】 前記アノード電極又はカソード電極を移
動させて、任意の個所にパターン化されたDLC膜を合
成する請求項1又は2項に記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the anode electrode or the cathode electrode is moved to synthesize a patterned DLC film at an arbitrary position.
【請求項4】 前記有機溶媒が、含水溶媒である請求項
1〜3項に記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the organic solvent is a water-containing solvent.
【請求項5】 含水溶媒が、0.001〜10%の水を含有す
る有機溶媒である請求項4項に記載の方法。
5. The method according to claim 4, wherein the water-containing solvent is an organic solvent containing 0.001 to 10% water.
【請求項6】 前記アノード電極及びカソード電極との
間に、通電させてDLC膜を形成する請求項1〜5項に
記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein a DLC film is formed between the anode electrode and the cathode electrode by applying an electric current.
【請求項7】 前記有機溶媒に窒素ガスを導入して、ダ
イヤモンドライクカーボン膜を形成する請求項1〜6項
に記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein nitrogen gas is introduced into the organic solvent to form a diamond-like carbon film.
JP2000309770A 2000-10-10 2000-10-10 Method of forming diamond-like carbon film Expired - Lifetime JP3376421B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000309770A JP3376421B2 (en) 2000-10-10 2000-10-10 Method of forming diamond-like carbon film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000309770A JP3376421B2 (en) 2000-10-10 2000-10-10 Method of forming diamond-like carbon film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002115080A JP2002115080A (en) 2002-04-19
JP3376421B2 true JP3376421B2 (en) 2003-02-10

Family

ID=18789865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000309770A Expired - Lifetime JP3376421B2 (en) 2000-10-10 2000-10-10 Method of forming diamond-like carbon film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3376421B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100465353C (en) * 2004-12-24 2009-03-04 中国科学院兰州化学物理研究所 Method for preparing composite film of carbon similar to generic diamond containing Nano granules of silicon dioxide
US20210156033A1 (en) * 2017-09-25 2021-05-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing hard carbon-based coating, and member provided with coating
JP2021006649A (en) * 2017-09-26 2021-01-21 住友電気工業株式会社 Production method of hard carbon film

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002115080A (en) 2002-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
M. Santhosh et al. N-graphene nanowalls via plasma nitrogen incorporation and substitution: The experimental evidence
JPS6171626A (en) Method of accumulating hard carbonaceous film by glow discharge and semiconductor device having accumulated film by same method
KR100852329B1 (en) Method for Manufacturing Diamond-Like Carbon Film
Timerkaev et al. Germanium catalyst for plasma-chemical synthesis of diamonds
KR0184649B1 (en) Method for forming diamond film
Kunuku et al. Development of long lifetime cathode materials for microplasma application
Nagatsu et al. Characteristics of hydrogenated amorphous carbon films deposited by large-area microwave-sustained surface wave plasma
Sun et al. Etching characteristics of quartz crystal wafers using argon-based atmospheric pressure cf 4 plasma stabilized by ethanol addition
Liu et al. Plasma-assisted CVD of hydrogenated diamond-like carbon films by low-pressure dielectric barrier discharges
JP2004270022A (en) Method for manufacturing thin film and thin film
JP3376421B2 (en) Method of forming diamond-like carbon film
Wang et al. Electrodeposition of diamond-like carbon films in organic solvents using a thin wire anode
JP2008239357A (en) Method for manufacturing carbon nanowall
Shen et al. Fluorobenzene and Water‐Promoted Rapid Growth of Vertical Graphene Arrays by Electric‐Field‐Assisted PECVD
US6447851B1 (en) Field emission from bias-grown diamond thin films in a microwave plasma
Cojocaru et al. A new polarised hot filament chemical vapor deposition process for homogeneous diamond nucleation on Si (100)
JP5028593B2 (en) Method for producing transparent conductive film
Koinuma et al. Synthesis of carbon clusters and thin films by low temperature plasma chemical vapor deposition under atmospheric pressure
Koide et al. A novel low temperature plasma generator with alumina coated electrode for open air material processing
Jackman et al. The growth of nucleation layers for high-quality diamond CVD from an rf plasma
JP4229849B2 (en) Acicular carbon film manufacturing method, acicular carbon film and field emission structure
EP0230927A2 (en) Diamond manufacturing
Lin et al. Improvement of electron field emission properties of nanocrystalline diamond films by a plasma post-treatment process for cathode application in microplasma devices
Kobashi et al. Formation of fibrous structures on diamond by hydrogen plasma treatment under DC bias
JPH0812492A (en) Vapor synthetic apparatus and method for vapor synthesis

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S631 Written request for registration of reclamation of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313631

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350