JPS62167884A - 炭素被膜を有する複合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微結晶性を有する炭素または炭素を主成分と
する被膜をガラス、金属またはセラミックの如き基板ま
たは基体の表面にコーティングすることにより、これら
の補強材、また機械的ストレスに対する保護材を得んと
している複合体に関する。

本発明は、アセチレン、メタンのような炭化水素気体を
プラズマ雰囲気中に導入し分解せしめることにより、Ｃ
−ｃ結合を作り、結果としてグラファイトのような導電
性または不良導電性の炭素を作るのではな（、ダイヤモ
ンドに類似の絶縁性の炭素を形成することを特徴として
いる。さらに本発明の炭素は、その硬度も４５００Ｋｇ
／ｍｍ”以上、代表的には６５００Ｋｇ／ｍｍ”という
ダイヤモンド類似の硬さを有する。そしてその結晶学的
構造は５〜２００人の大きさの微結晶性を有している。

またこの炭素は水素、ハロゲン元素が２５モル％以下の
けを同時に含有している。

さらに本発明の炭素は珪素がＳｉ／Ｃ≦０．２５の濃度
に添加されたいわゆる炭素を主成分とする炭素をも意味
する。

本発明はこれらの炭素（以下本発明においては単に炭素
という）をガラス、金属またはセラミックス上に設けた
複合体を設けたものである。

本発明は、この炭素を形成させる際の基板に加える温度
を１５０〜４５０℃とし、従来より知られたＣＶＤ法に
おいて用いられる基板の温度に比べ５００〜１５００℃
も低い温度で形成したことを他の特徴とする。

また本発明はこの炭素に■価の不純物であるホウ素を０
．１〜５モル％の濃度に添加し、Ｐ型の炭素を設け、ま
たｖ価の不純物であるリンを同様に０．１〜５モル％の
濃度に添加し、Ｎ型の炭素を設けることにより、この基
板上面の炭素をグラファイト構造とは異なる価電子制御
による半導電性を有せしめたことを他の特徴としている
。

さらに本発明は、この基板上にＰＩＮ接合またはＮＩＰ
接合を有する炭素を設けることにより、ダイオード特性
を有する半導体的特性を有せしめることを特徴としてい
る。

また本発明は基板特にガラスまたはセラミックを用い、
その後この基板の一部を選択的に除去してインクジェッ
トノズル、光通信用石英ガラスの引き出し用ノズルとし
て設けるものである。

また本発明は、ガラス基板上に選択的に炭素被膜を設け
、電子ビーム露光装置または紫外線の露光装置のフォト
マスクとして用いることを他の特徴としている。

さらに本発明の複合体はバルブ、耐磨耗材料、またはＰ
ＩＮ型を有する半導体としての装置例えば受光または発
光素子への応用が可能である。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体またはそ
の複合体の作製方法を記す。

実施例１ 第１図は本発明の炭素を形成するためのプラズマＣＶＤ
装置の概要を示す。

図面において反応性気体である炭化水素気体、例えばア
セチレンが（８）よりバルブ、流量計（５）をへて反応
系中の励起室（４）に導入される。さらに必要に応じて
、キャリアガスを水素またはヘリュームにより（７）よ
りバルブ、流量計（６）をへて同様に励起室に至る。こ
こに■価またはＶ価の不純物、例えばジボランまたはフ
ォスヒンを導入する場合はさらに同様にこの系に加えれ
ばよい。

これらの反応性気体は２．４５ＧＨｚのマイクロ波によ
る電磁エネルギにより０．１〜５に−のエネルギを加え
られ、励起室にて活性化、分解または反応させられる。

さらにこの反応性気体は反応炉（１）にて加熱炉（９）
により１５０〜４５０℃に加熱させ、さらに１３．５６
Ｍ１ｌｚの高周波エネルギ（２）により反応、重合され
、Ｃ−Ｃ結合を多数形成した炭素を生成する。この際、
加える電磁エネルギを強くした場合は５〜２００人の大
きさのダイヤモンド形状の微結晶性を有する炭素を生成
させ得る。しかし、この電磁エネルギが小さい場合は、
アモルファス構造のみとなってしまった。この反応の際
、電ｔＡ（１３）ニヨリヒータ（１１）を加熱し、さら
にその上の基板（１０）を加熱して行う。そしてこの基
板の上面に被膜として反応生成物の炭素被膜が形成され
る。反応後の不要物は排気口（１２）よりロータリーポ
ンプを経て排気される。反応室（１）は０．００１〜１
０　ｔｏｒｒ代表的には０．１〜Ｑ、５ｔｏｒｒに保持
されており、マイクロ波（３）および高周波（２）のエ
ネルギにより反応室（１）内はプラズマ状態が生成され
る。特にＩＧｔｌｚ以上の周波数にあっては、Ｃ−１１
結合より水素を分離し、０．１〜５０ＭＨｚの周波数に
あってはＣ＝Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結合を分解し、＞　Ｃ−Ｃ
＜結合または−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭素の不対結合手
同志を互いに衝突させて共有結合させ、安定なダイヤモ
ンド構造を有せしめた。

かくしてガラス、金属、セラミックスよりなる被形成面
を有する基板上に炭素特に炭素中に水素を２５モル％以
下含有する炭素またＰ、■またはＮ型の導電型を有する
炭素を形成させた。

実施例２ この実施例は実施例１を用いた本発明方法によってこの
炭素を基板の表面全面に形成したものである。かかる炭
素を板状の基板のみならず任意の形状を有する基体にも
形成して複合体とし得る。

更にこの複合体は、切さく機の歯、耐摩耗性表面を有せ
しめる金属またはセラミックの表面とし得る。

炭素被膜の選択的な除去方法として、基板全面に設けら
れた炭素に対し、酸化物雰囲気中にてレーザ光を選択的
にコンピュータ制御により行い、不要の部分の炭素を酸
化して炭酸ガスとして放出して除去する。このレーザ光
による選択エツチングは本発明を工業的に応用する場合
に任意に用いることができる。

以上の説明より明らかな如く、本発明はガラス、金属ま
たはセラミックの表面または内部に微結晶性を有する炭
素または炭素を主成分とした被膜をコーティングして設
けたものである。この複合体は他の多くの実施例にみら
れる如く、その応用は計り知れないものであり、特にこ
の炭素が４５０℃以下の低温で形成され、その硬度また
基板に対する密着性がきわめて優れているのが特徴であ
る。

本発明におけるセラミックはアルミナ、ジルコニア、ま
たはそれらに炭素またはランタン等の希土類元素が添加
された任意の材料を用いることができる。また金属にあ
っては、ステンレス、モリブデン、タングステン等の少
なくとも３００〜４５０℃の温度に耐えられる材料なら
ばすべてに応用可能である。またガラスは石英のみなら
ずソーダガラス等に対しても被膜化が可能であり、その
応用はきわめて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素を被形成面上に作製する製造装置
の概要を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微結晶性を有する炭素または炭素を主成分とする被
   膜が、基板または基体の表面または内部に設けられたこ
   とを特徴とする炭素被膜を有する複合体。 ２、特許請求の範囲第１項において、微結晶性は５〜２
   ００Åの大きさを有するとともに、水素またはハロゲン
   元素が２５モル％以下の量添加された炭素または炭素を
   主成分とする被膜が表面または内部に設けられたことを
   特徴とする炭素被膜を有する複合体。 ３、特許請求の範囲第１項において、微結晶性はダイヤ
   モンド構造を有することを特徴とする炭素被膜を有する
   複合体。 ４、特許請求の範囲第１項において、基板または基体は
   ガラス、金属またはセラミックスよりなることを特徴と
   する炭素被膜を有する複合体。