JPH0372711B2 - - Google Patents

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JPH0372711B2
JPH0372711B2 JP62229385A JP22938587A JPH0372711B2 JP H0372711 B2 JPH0372711 B2 JP H0372711B2 JP 62229385 A JP62229385 A JP 62229385A JP 22938587 A JP22938587 A JP 22938587A JP H0372711 B2 JPH0372711 B2 JP H0372711B2
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JP
Japan
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carbon
film
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silicon
wear
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JP62229385A
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Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱伝導率が固体中で最大であり最も耐
摩耗性を有するダイヤモンドと類似の炭素または
ダイヤモンドを主成分とする材料により炭素被膜
を形成することを目的としている。
本発明はこれら被膜を非晶質(アモルフアス以
下ASという)または5〜20Åの大きさの微結晶
性を有する半非晶質(セミアモルフアス以下
SASという)の如きプラズマ気相法による100〜
450℃好ましくは200〜350℃の低温で形成する珪
素または炭素を主成分とする材料により設けるこ
とを目的としている。
本発明はかかる被膜が減圧気相法であるプラズ
マ気相法すなわち0.01〜10torrの減圧下にて直流
高周波500KHz〜50KHz)またはマイクロ波(例
えば2.45GHzの周波数の電磁エネルギ)を加えて
またはアーク放電を発生させてプラズマ化し、か
かる電磁エネルギにより気化した反応性気体例え
ばエチレン、プロパン等の炭化水素ガスを活性化
し、分解せしめることにより、ASまたはSASの
絶縁性の炭素または炭素中に水素、珪素が30モル
%以下に含有した炭素を主成分とする被膜を形成
せんとするものである。
かかるプラズマ気相法により形成した炭素はそ
のエネルギバンド巾が2.0eV以上代表的には3eV
を有する絶縁体でありかつその熱伝導率は2.5以
上代表的には5.0(W/cm deg)とダイヤモンド
の6.60(W/cm deg)に近いきわめてすぐれた高
い値を有する。
さらにビツカース硬度4500Kg/mm2以上代表的に
は6500Kg/mm2というダイヤモンド類似の硬さを有
するきわめてすぐれた特性を見出しかかる特性を
珪素又は炭素を主成分とする被形成面に適用して
すぐれた耐摩耗性を有せしめたものである。
さらに本発明はかかるASまたはSASの450℃以
下で作られた炭素被膜中に価または価の不純
物であるホウ素またはリンを0.1〜3モル%の濃
度に添加すると、10-2〜10-6(Ωcm)-1の電気伝導
度を有せしめることができる。そのためこの場合
は発熱素子として用い、さらにその機械的特質に
より耐摩耗層を必ずしも形成させる必要がない等
の特性を有せしめることができるという他の特徴
を有する。
本発明はさらに耐摩耗層を減圧状態のプラズマ
気相法に用いるため、珪素又は炭素を主成分とす
る被形成面の側部に対しても上面と同様の厚さで
保護することができる。そのためこれまでスパツ
タ法、常圧気相法等で作られた場合、この側面を
おおうために結果として対摩耗層を上面の厚さ
2μm以上(側面の厚さ0.2μm以上)を必要とし
た。しかし本発明においては上面も側面もほぼ同
じ厚さに形成可能なため、その厚さは0.1〜0.3μ
mであれば十分であり、結果として厚さが約1/10
になつた。このように耐摩耗層の炭素又は炭素を
主成分とする被膜を薄く形成することができるた
め、被形成面となる珪素又は炭素を主成分とする
被膜のもつ特性を損なうことなく耐摩耗層を設け
ることができる。
本発明において反応性気体は炭化水素例えばア
セチレン(C2H2)、メタン系炭化水素(CoH2o+2
等の気体または珪素を一部に含んだ場合はテトラ
メチルシラン((CH24Si)、テトラエチルシラン
((C2H54Si)等を用いてもよい。前者にあつて
は炭素に水素が30モル%以下特にSASとすると
0.01〜5モル%と低く存在しつつも炭素同志の共
有結合が強くダイヤモンドと類似の物性を有して
いた。また後者にあつては水素が0.01〜20モル%
を含み、さらに珪素を炭素の1/3〜1/4含むいわゆ
る炭素過剰の炭化珪素であり、主成分を炭素とし
ている絶縁性材料(光学的エネルギバンド巾Eg
>2.0eV代表的には3.0eV)であつた。
以下に図面に従つて実施例を示す。
本実施例では本発明の応用例としてサーマルヘ
ツドに用いた場合を示す。
実施例 1 第1図は本発明に用いられたサーマルヘツドプ
リンタのたて断面図を示す。第1図Bは、第1図
AのA−A′の断面図を示す。CはB−B′の断面
図を示す。
図面において基板特にセラミック基板上にグレ
イズされたガラス層2、発熱体層3、電極4、耐
摩耗層5が積層して設けられている。また第1図
Cに示す如く、感熱紙がこすられる部分は発熱層
3上に接して耐摩耗層5が設けられている。
本発明はこの耐摩耗層5を炭素または炭素を主
成分とした材料とし、この材料をプラズマ気相法
により形成するため、第1図B,Cに示す如く、
発熱体層の側部の厚さが発熱体層上の厚さを概略
一致させることができるという特徴を有する。
これは減圧下(0.01〜10torr)であり、反応性
気体の平均自由行程が長くなり気相法を行うに際
しても側辺へのまわりこみが大きいためである。
加えてプラズマ化し反応性気体同志に大きな運動
エネルギを与えて互いに衝突させ、四方八方への
飛翔を促していることにある。
耐摩耗層に関しては、以下の如くにして作製し
た。すなわち被形成面を有する基板を反応容器内
に封入しこの反応容器を10-3torrまでに真空引き
をするとともに、この基板を加熱炉により100〜
450℃好ましくは200〜350℃例えば300℃に加熱し
た。この後この雰囲気中に水素を導入し、10-2
10torrにした後誘導方式または容量結合方式によ
り電磁エネルギを加えた。例えば加える、電気エ
ネルギの周波数は13.56MHz、出力は50〜500Wと
し、その実質的な電極間〓は15〜150cmとながく
した。それはプラズマ化した時の反応性気体であ
る炭素はきわめて安定な材料であるため各元素ま
たは炭素が会合した会合分子に対し高いエネルギ
を与え炭素同志互いに共有結合をさせるためであ
る。形成された被膜に関して出力が50〜150Wを
加えた時はASが250〜500Wを加えた時はSASが、
その中間ではそれらが混合した構造が電子線回析
では観察された。
さらにこのプラズマ化した雰囲気に対し、炭化
水素化物気体例えばメチタンまたはプロパンを導
入した。するとこの反応性気体が脱水素化し、炭
素の結合が互いに共有結合し合つて、被形成面に
炭素被膜を形成させることができた。
基板の温度が100〜200℃にては、硬度が若干低
く、また基板への密着性が必ずしも好ましいもの
ではなかつたが、200℃以上特に250〜350℃にお
いては、きわめて安定な強い被形成面への密着性
を有していた。
出発物質をTMS((CH24Si)、TES
((C2H64Si)を用いると、形成された被膜には
珪素が15〜30原子%含まれる炭素を主成分とする
被膜であつた。これでも炭素のみと同様の硬度が
あつた。熱伝導度は炭素のみが5W/cm degで
あつたが2〜3W/cm degと少なかつた。
以上の如くにして形成された炭素被膜は0.05〜
0.2μmの厚さすなわち従来の1/5〜1/10の薄さで
あつても105時間の使用に耐える耐摩耗性を有し
ていた。
実施例 2 この実施例は実施例1と同様の硬度のサーマル
ヘツドを実施例1と同様のプラズマ気相法を用い
て発熱体層を形成させた場合である。
その製造は実施例1と同様の条件のプラズマ気
相法とした。しかし形成される被膜が導電性(抵
抗性)または半導体性であることを必要とするた
め、形成された被膜は価または価の不純物例
えばホウ素またはリンを添加例えば不純物気体/
珪化物気体=0.01%以下に添加したASまたは
SASの珪素被膜またはかかる不純物を不純物気
体/炭化物気体=0.01〜3%に添加した抵抗性ま
たは半導体性の炭素を主成分とする被膜を形成せ
しめた。
すなわち前者の珪素被膜に関しては、出発物質
をシラン(SinH2o+2 n≧1)四フツ化珪素を
用い同様の100〜450℃例えば200〜350℃にて形成
させた。高周波エネルギは13.56MHzを10〜50W
として、AS、または50〜200WとしてSASを形成
させた。価の不純物は例えばホウ素をB2H6
用いて、また価の不純物は例えばリンをPH3
用いて前記した比の如く微少なドープまたはノン
ドープをして用いた。形成された被膜中に水素が
20モル%以下に含有したが発熱させることにより
それらは外部に放出されてしまつた。
また炭素においては、実施例1と同様のアセチ
レンを用いた。ここにB2H6/C2H2=0.01〜3%、
PH3/C2H2=0.01〜3%として形成させた。そ
の結果形成された被膜の電気伝導度は10-8〜10-4
(Ωcm)-1が得られた。以上の説明より明らかな如
く、本発明はその基本思想としてプラズマ気相法
を用いるため、基板温度が100〜450℃代表的には
250〜400℃特に300℃という従来の被膜形成方法
で考えるならば低い温度で可能である。特に500
℃以下であることは基板材料としてガラスを用い
る時その熱膨張の歪に対しきわめてこれを少なく
し、従来の高温処理による基板のそり等の大きな
欠点を防ぐことができた。そのためこれまでのサ
ーマルプリンタの発熱部が1mmあたり6本しか作
れなかつたが、これを24本にまで高めることがで
きるようになつた。
以上の説明より明らかな如く、本発明はそのエ
ネルギバンド巾2.0eV以上代表的には2.5〜3eVを
有する絶縁性の透光性炭素を耐摩耗性材料として
用いたこと、さらに炭素または炭素を主成分とす
る低抗体または半導体を発熱体層として用いたこ
とを特徴している。そのために本発明はプラズマ
気相法によりその一方または双方を形成せしめ、
従来の気相法で形成された温度よりも300〜500℃
も低い500℃以下の温度で作ることができ基板材
料の選定に大きな自由度を得、低価格化にきわめ
てすぐれた特徴を有していた。
本発明の方法をサーマルヘツドに応用した場合
サーマルヘツドの発熱体層上面と側面の厚さをほ
ぼ同じ厚さに形成できるため従来方法のようにそ
の厚さの1番薄い部分の厚さを必要量以上にする
と、逆に厚く形成される部分はその10倍も厚くな
るということがない。
また、上面と側面をおおつた場合、基板と発熱
体層の密着力を高めるという効果を持つ。
本発明はプラズマ気相法を主として記した。し
かしかかる耐摩耗性が得られる限りにおいてイオ
ンプレーテイングその他のプラズマまたはレーザ
等の電磁エネルギ、光エネルギを用いてもよい。
本発明の実施例においての第1図の構造はその
一例を示したもので、発熱体層を単結晶としてト
ランジスタ構造であつてもよく、その他シリコン
メサ構造、プレナー構造等に用いることができ
る。
〔効果〕
本発明は珪素又は炭化珪素の被形成面上に減圧
プラズマ気相法によつて、炭素又はダイヤモンド
を主成分とする炭素被膜を形成するため耐摩耗層
の炭素又はダイヤモンドを主成分とする被膜を薄
く形成することができるため、被形成面となる珪
素又はダイヤモンドを主成分とする被膜のもつ特
性を損なうことなく耐摩耗層を設けることができ
るのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のサーマルプリンタのたて断面
図を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 反応空間内に水素と炭化水素化物気体とから
    なる反応性気体を導入し、前記反応性気体にプラ
    ズマエネルギーを供給することにより、前記炭化
    水素化物気体の水素を前記水素により、脱水素化
    し、炭素どおしの共有結合を有せしめて、ダイヤ
    モンド構造を有する炭素被膜を形成することを特
    徴とする被膜作成方法。
JP22938587A 1987-09-12 1987-09-12 被膜作成方法 Granted JPS63145776A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS566920A (en) * 1979-06-28 1981-01-24 Philips Nv Dry lubricating bearing
JPS57111220A (en) * 1980-08-21 1982-07-10 Nat Res Dev Carbon layer coating method
JPS6153955A (ja) * 1984-08-24 1986-03-18 松下電工株式会社 エア−コレクタの取付構造

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