JPS62167886A - 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、ガラス、金属またはセラミックス上に炭素被
膜をコーティングし、その機械的強度を補強しようとす
るものであり、特にアセチレン、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く、
光学的エネルギバンド中（Ｅｇという）が２．ＯｅＶ以
上、好ましくは２．６〜４．５ｅＶを有するダイヤモン
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。さらにこの本発明の炭素は、その硬度も４５００Ｋ
ｇ／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
的構造はアモルファス（非晶質）または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％以下の量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。

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ＣＶＯ
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）よりパルプ、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７価の不純物、例えばジボランまたはフ
ォスヒンを４人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
ＭＨｚ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
える電磁エネルギが小さい場合はアモルファス構造の炭
素が生成される。他方、この電磁エネルギを強く加えた
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。この反応は電源（１
３）によりヒータ（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０．００１〜１０ｔｏｒｒ代
表的には０．１〜０．５ｔｏｒｒに保持されており、マ
イクロ波（３）、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ＩＧＨｚ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、ｌ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 第２図（八）は第１図の製造装置により作られた複合体
の一例である。第２図（八）はガラスの上にＰまたはＮ
型の導電型を有する炭素膜を形成させた。この電気伝導
率は１０−５〜１０４（０ｃｍ）　−’を有し、自動車
の窓の内表面に設けて、ここに電流を０．０１〜ｌ＾流
すことにより発熱せしめ、雨等の環境による云どめを実
施せしめた。

これは自動車のみならず、多（の分野においてその応用
が可能である。

実施例３ 第２図（Ｂ）は実施例１を用いた本発明方法によってこ
の炭素（２２）を基板（２０）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（２０）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。

実施例４ 第２図（Ｃ）は実施例１の作製方法によって得られた炭
素を用いた複合体の例である。即ち円錐状の穴があけら
れた被形成面を有するセラミックまたは金属の基板の表
面に炭素（２２）を０．１〜３μの厚さに設けである。

穴（２３）　、　（２３’　”）をインクジェット又は
光通信用の石英の紡錘ジグに用いる場合、０．０５〜５
μの大きさを有し、かつこの穴が耐摩耗性を必要とする
ため、かかる複合体はきわめて好都合であった。この炭
素をコーティングしないものに比べて、１０２〜１０’
倍もの耐久性を有していた。

実施例５ 第２図ＣＤ）は実施例１に示される方法で形成される炭
素を用いた本発明の他の複合体の実施例を示す。即ち基
板（２０）上にＰＩＮ接合をまたはＮＩＰ接合を有する
価電子制御用の炭素を設けたものである。即ちＰまたは
Ｎ型の炭素半導体（２５）、■型の炭素、ＮまたはＰ型
の炭素半導体（２７）よりなる炭素半導体（２４）であ
る。このＰまたはＮ型の炭素層は０．０１〜５モル％例
えば１〜３モル％の濃度にホウ素またはリンを添加した
。これは（２８）の部分にリフトオフ用の材料を選択的
に設け、全面に形成した後、リフトオフを第３図の製造
方法と同様の方法を用いて得たものである。本発明は基
板の全面に炭素を形成してもまたＰＮ接合またはその他
の構造を設けてもよい。

この半導体のうち、炭素層（２６）のエネルギバンド中
は他の炭素層（２５）　、　（２７）に比べて小さく、
珪素またはゲルマニュームを添加して形成し、ここに電
極（２９）を設け、縦方向に電流を基板との間に流すこ
とにより炭素の発光素子を基板上に集積化して設けるこ
とができた。かかる発光素子とする複合体にあっては、
基板はステンレス等の導体であることが必要である。こ
の場合、炭素層（２５）、炭素層（２７）はエネルギバ
ンド中が２．６〜４．５ｅＶであり、また炭素層（２６
）は２〜３ｅＶとすることによって白色または緑、青等
の色の発光素子を基板上に設けることができた。

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。その結果、こ
のレーザ光による選択エツチングは実施例２〜５に対し
ても、その工業的応用に関して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”Ｃ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。 第２図（八）〜（Ｄ）は本発明の複合体の実施例を示す
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、任意の形状を有せしめる基体又は板状の基板の表面
   に炭素を形成せしめ、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スの複合体よりなること
   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、炭素はダイヤモン
   ド構造の微結晶線を有する被膜よりなることを特徴とす
   る炭素被膜を有する複合体。 ３、穴が開けられたセラミックスまたは金属の穴に炭素
   または炭素を主成分とする被膜が設けられたことを特徴
   とする炭素被膜を有する複合体。 ４、特許請求の範囲第３項において、穴は円錐状の穴が
   開けられたことを特徴とする炭素被膜を有する複合体。 ５、特許請求の範囲第３項において、炭素はダイヤモン
   ド構造の微結晶性を有する被膜よりなることを特徴とす
   る炭素被膜を有する複合体。