JPH0512432B2 - - Google Patents

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JPH0512432B2
JPH0512432B2 JP58189415A JP18941583A JPH0512432B2 JP H0512432 B2 JPH0512432 B2 JP H0512432B2 JP 58189415 A JP58189415 A JP 58189415A JP 18941583 A JP18941583 A JP 18941583A JP H0512432 B2 JPH0512432 B2 JP H0512432B2
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Harorudo Reteinguton Aran
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UK Secretary of State for Defence
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/027Graded interfaces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/12Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements by surface treatment, e.g. by irradiation

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、グロー放電中で材料を生長させる方
法及び装置とこれにより生成する材料とに関す
る。
グロー放電生長法はよく知られている。たとえ
ばプラズマを減圧室内で炭化水素ガス中に生じさ
せる。炭素イオンが陰極に当たり固着して炭素被
覆を形成する。正しい生長条件に対しこの被覆は
極めて硬く赤外線に対し透明である。しかしこれ
等の条件のもとで約3μmより厚い層の生長は内部
応力により防げられる。この層内の割込み炭素原
子はとくに可視領域内のスペクトルの短い方の波
長の放射線を吸収する。又被膜内の水素は選択的
吸収を生ずる。又ガス状シランを使うけい素の被
覆とゲルマンを使うゲルマニウムの被覆とは共に
グロー放電中で生長する。
スパツタリングもよく知られている。グロー放
電室内のアルゴンイオンは被覆材料を含み陰極と
して配置したターゲツトに当たる。
原子又は原子群はこのターゲツトから駆逐され
このターゲツトの近くに適当に配置した基板に当
たる。
グロー放電法は次の文献に記載してある。
薄い被膜固体58(1979年刊)第101〜105頁、第
106頁、第107〜116頁、第117〜120頁 1977年刊行『物理学の進歩』第26巻第6号第
811〜845頁のスピア・ダブリュ・イー(Spear
W.E.)を著者とする論文『ドーピングを行つた
無定形半導体』 英国特許第2047877A、同第2067304A、同第
2069008A、同第2082562A、同第2083841Aの各明
細書 英国特許第2069009A明細書には、基板をアル
ミニウム製陰極の上方に配置した生長法について
記載してある。炭素イオンが陰極に当たり若干は
この陰極に付着し、又若干ははね飛び基板に当た
る。この基板にはバイアス電圧を加える。この層
は陰極上に付着した類似の層よりひずみが小さい
がなお割込み炭素を含む。
本発明は、赤外線に透明な基板上に、赤外線に
透明なSixC1-x又はGexC1-x(0x1)の層を
生長させる、生長方法において、 (イ) Si又はGeから成るターゲツトを、グロー放
電室内の陰極上に配置する段階と、 (ロ) 被覆しようとする基板を、前記ターゲツトか
ら、ある距離を隔てて保持体上に配置する段階
と、 (ハ) 前記基板の温度をを、400℃以上ないし600℃
以下の値に維持する段階と、 (ニ) アルゴンと炭化水素ガスとを、前記グロー放
電室内に入れる段階と、 (ホ) 前記グロー放電室内に、グロー放電を生じさ
せする段階と、 (ヘ) 前記ターゲツトに付着する、グロー放電プラ
ズマからの炭素イオンと、前記ターゲツトから
炭素とターゲツト材料との両方をスパツタして
前記基板上に付着させるアルゴン・イオンとの
作用によつて、赤外線に透明なSixC1-x又はGex
C1-xの層を生長させる段階と、 を包含する、生長方法にある。
スパツタリングイオンはアルゴンイオンでよ
い。
ターゲツト材料は、けい素又はゲルマニウムで
ある。
第2の材料は、ブタン、メタン、プロパン等の
ような炭化水素ガスとして導入する炭素でよい。
基板温度は、炭化水素ガスを使うときに400℃
以上ないし600℃以下の高い温度、たとえば530℃
にして基板に水素が付着しないようにする。
さらにこの室内に第3の又は別の材料をガスと
して導入し少くとも3種の成分から成る層を生長
させてもよい。若干の場合に第1の材料の付加的
源をガスとして導入してもよい。たとえばGe製
ターゲツトを使うときはゲルマンガスを室内に流
入させる。この場合基板へのGexC1-xの付着に役
立つ。Si製ターゲツトに対してはシランを導入す
る。
所要の層の生長後に基板を取去り又は層を基板
の被覆として残す。
生長した材料はSixC1-x又はGexC1-x(0x
1)である。xの値は、次第に変化する層を形成
するようにこの層の厚さを横切つて変えてもよ
い。
本発明によれば少なくとも第1及び第2の材料
から成る層を生長させる装置は、真空密の室と、
陽極と、前記室内のターゲツト材料を含む陰極構
造と、前記室内にグロー放電を生成する装置と、
前記室を減圧にする真空ポンプと、前記室内にガ
スを供給する供給部片と、基板を前記陰極構造か
ら或る距離を隔てて支える基板保持体とを備え、
1種類のガスのイオンが前記陰極構造に付着し、
前記の第1及び第2の材料とターゲツト材料とを
はね飛ばして前記基板に付着させ所要の材料から
成る層として生成するようにしてある。
炭素を含む層を炭化水素ガスを使い生長させる
ときは、基板保持体に基板を加熱する加熱器を設
ける。この加熱は電気抵抗加熱器又は感受器(サ
セプタ)及び外部高周波コイルによる。基板温度
は500℃以上たとえば530℃にする。グロー放電は
陰極に対する直流又は交流(任意適当な周波数)
の電力により又は外部取付けの高周波コイルによ
り付勢する。
本発明によれば、基板の温度を400℃以上ない
し600℃以下の値に維持することによつて、炭化
水素ガスの使用により発生する水素が生長する層
内に入り込み保持されるのを防止して、SixC1-x
又はGexC1-xの層の赤外線に対する透明性を向上
させることができる。さらにxの値を少量に調整
することによつて硬質の炭素被覆に存在する内部
ひずみを除去し、厚い層を生長させることができ
ると共に赤外線に対する透明性を向上させること
ができる。さらに生長させる層を横切つてxの値
を変え、基板表面におけるx=1から被覆上面に
おけるx=0まで変えることにより非常に硬い被
覆が得られる。
以下本発明生長方法の実施例を添付図面につい
て詳細に説明する。
第1図に示すように本発明生長方法を実施する
装置は、地絡した頂板3及び底板4により閉じた
環状壁2により形成した圧力密の室1を備えてい
る。頂板3及び底板4は陽極を形成する。真空ポ
ンプ5は管部片6及び弁7により連結され室1を
減圧にし生長中に所望の真空に保つ。
ガスたとえばアルゴンとブタンのような炭化水
素ガス又はシランやゲルマンのようなガスを室1
内に弁8,9,10及び管部片11,12,13
を介して供給する。陰極構造14は、室1内に取
付けられスリーブ15により底板4から電気的に
隔離してある。陰極構造14には電源16により
電力を供給する。交流電源の場合には給電はコン
デンサ17を経て行い、直流電源ではコンデンサ
を必要としない。
けい素、ゲルマニウム等のような材料片を陰極
構造14の上面に位置させターゲツト18を形成
する。ターゲツト18の上方に、スリーブ21に
より頂板3から電気的に隔離した保持体20によ
つて基板19を保持する。保持体20内には加熱
器制御装置/電力源23から給電する電気抵抗加
熱器22を設けてある。基板19は所要の材料の
層24を生長させる支持体を形成する。基板19
は規則正しい形状、扁平な又は湾曲した形状或は
不規則な形状のものでよい。基板19に均等な被
覆を施すように、基板19は保持体20と共に又
は保持体20により回転する。
SixC1-xを生長させる操作は以下を述べる通り
である。けい素から成るターゲツト18を陰極構
造14に取付けグロー放電中に陰極を形成する。
アルミニウムから成る薄い基板19を保持体20
に固定する。室1は約10-5トル(Torr)まで減
圧にし汚染物を除去する。アルゴン及びブタンガ
スを室1内に弁8,9,10を経て送入し、ポン
プ5を作動し空気で校正した圧力計で約0.7ない
し1×10-2トルの圧力に保つ。基板19は約550
℃に加熱し層24の生長中にこの温度に保つ。
たとえば1kv、13MHz及び200Wの高周波電力
を陰極構造14及び陰極ターゲツト18に供給す
る。この場合ガス混合物がイオン化する。正に帯
電した炭素イオンが陰極として作用するターゲツ
ト18に引付けられターゲツト18に固着する。
アルゴンイオンが存在しないとこの場合ターゲツ
ト18に炭素層が生長する。正に帯電したアルゴ
ンイオンはこれ等の新らたに付着した炭素分子及
びけい素分子をターゲツト18からはね飛ばす。
炭素及びけい素のはね飛ばされた分子は基板19
に付着しSixC1-xの層24を徐徐に生成する。x
の値は送入するアルゴン及びブタンの比率を調節
することによつて調節することができる。所要の
厚さに生長したときに、グロー放電を止め基板1
9を冷却する。
直流により発生するプラズマでは給電はたとえ
ば2kVで行う。
基板19には層24の生長中に電気バイアスを
加える。
SiCの自立層を必要とする場合にはアルミニウ
ム製基板にエツチング処理を行いSixC1-x層を残
す。生長条件が正しければSixC1-x層は3ないし
5μmの波長帯域の放射線に透明である。
SiCの層はZnSレンズ又はZnSeレンズの薄い
(たとえば1μm)の被覆として必要である。SiC
は硬いので3ないし5μmの波長で透明なすぐれた
耐磨耗性保護層を形成する。表面の被覆のために
は基板は一時的に陰極として接続し、室にアルゴ
ンガスだけを送入する。グロー放電を生じ基板を
清掃する。適当な清掃時間後にグロー放電を止め
前記の処理を始める。
Ge,ZnS又はZnSeにたとえば1μmの厚さにGex
C1-xを被覆することは、ターゲツト材料にGeを
使い前記のようにしてできる。同様にGeCの自立
層をアルミニウム製基板に生長させ、この基板を
引続いてエツチング処理を行う。正しい生長条件
が認められれば、GexC1-xは3ないし5μm及び10
ないし14μmの波長帯域で光学的に透明である。
GexC1-xは硬くて単独では保護被覆として使う。
前記の場合と同様にこの生長層のxの値はArガ
ス及びブタンガスの比率を制御することによつて
制御する。又xの値は変化してもよい。たとえば
ゲルマニウムレンズを被覆するときはxの値は初
めには1に近く次で徐徐に零に向つて変える。こ
れは接着に役立つ。
2種類以上の材料の層を生長させるときは、1
種類の材料をイオンビーム源又は分子ビーム源か
ら導入する。
以上本発明をその実施例について詳細に説明し
たが本発明はなおその精神を逸脱しないで種種の
変化変型を行うことができるのはもちろんであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は基板に層を生長させる本発明方法を実
施するグロー放電装置の横断面図、第2図は第1
図の装置により被覆した基板の横断面図である。 1……グロー放電室、14……陰極構造、18
……陰極ターゲツト、19……基板、24……複
合層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 赤外線に透明な基板上に、赤外線に透明な
    SixC1-x又はGexC1-x(0x1)の層を生長さ
    せる、生長方法において、 (イ) Si又はGeから成るターゲツトを、グロー放
    電室内の陰極上に配置する段階と、 (ロ) 被覆しようとする基板を、前記ターゲツトか
    ら、ある距離を隔てて保持体上に配置する段階
    と、 (ハ) 前記基板の温度を、400℃以上ないし600℃以
    下の値に維持する段階と、 (ニ) アルゴンと炭化水素ガスとを、前記グロー放
    電室内に入れる段階と、 (ホ) 前記グロー放電室内に、グロー放電を生じさ
    せる段階と、 (ヘ) 前記ターゲツトに付着する、グロー放電プラ
    ズマからの炭素イオンと、前記ターゲツトから
    炭素とターゲツト材料との両方をスパツタして
    前記基板上に付着させるアルゴン・イオンとの
    作用によつて、赤外線に透明なSixC1-x又はGex
    C1-xの層を生長させる段階と、 を包含する、生長方法。 2 前記基板を、生長中に500℃以上ないし600℃
    以下の温度に維持する、特許請求の範囲第1項記
    載の生長方法。 3 Ar及び炭化水素ガスの比率を変えて前記生
    長する層内のxの値を変えるようにする、特許請
    求の範囲第1項記載の生長方法。 4 前記層の生長中に、前記基板に、電気バイア
    スを加える、特許請求の範囲第1項記載の生長方
    法。 5 前記基板及びターゲツトを、生長中に相対的
    に回転する、特許請求の範囲第1項記載の生長方
    法。 6 前記ターゲツトの材料のガスを、前記グロー
    放電室内に導入する、特許請求の範囲第1項記載
    の生長方法。 7 生長した前記層から前記基板を取除く段階を
    包含する、特許請求の範囲第1項記載の生長方
    法。 8 前記基板がZnS又はZnSeであり、前記生長
    した層がSixC1-xである特許請求の範囲第1項記
    載の生長方法。 9 前記基板がGeであり、前記生長した層が、
    GexC1-xである特許請求の範囲第1項記載の生長
    方法。
JP58189415A 1982-10-12 1983-10-12 複合層を生長させる方法 Granted JPS59136479A (ja)

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GB8229125 1982-10-12
GB8229125 1982-10-12

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JPH0512432B2 true JPH0512432B2 (ja) 1993-02-18

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GB (1) GB2132636B (ja)

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