JPS63162871A - 硬質非晶質炭素膜 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば磁気ディスクや磁気ヘッド、等の表
面に付着せしめて、硬度が高く密着性に優れた耐磨耗性
と、潤滑性とを兼ね備えた表面保護層に適する硬質非晶
質炭素膜に関する。

（従来の技術） 磁気ディスクや磁気ヘッドは磁気ディスク装置に組込み
コンピュータ端末の情報記憶装置として広く用いられて
いる。磁気ディスクは、アルミニウム金属ないしはプラ
スチック等の基板上にフェライトや鉄、コバルト、ニッ
ケルないしはこれら化合物またはネオジシウムサマリウ
ム、カドリニウム、テルビウム等の希土類金属やそれら
からなる化合物を磁気記録媒体として塗布法やスパッタ
法により薄い膜状に付着させて用いられる。磁気ヘッド
は、種々の方式があるが、記録媒体に書き込まれた磁化
による磁束を信号として取出すもので、可能なかぎり磁
気ディスク面に近すけて使用されるものである。このた
め、磁気ヘッドと磁気ディスクは互いに磨擦しやすく、
磁気ディスクの記録媒体上に発生するきす等から記録媒
体を保護するための保護膜を必要とする。

保護膜の備えるべき要点は、耐磨耗性に優れていること
、基板への密着度が高いこと、表面の潤滑性に優れてい
ること等が揚げられる。膜の硬度な耐磨耗性の評価に用
いることができ、硬度が高いほど耐磨耗性に優れている
。密着性は磁気ヘッドの接触時あるいは、磨擦時に保護
膜が剥離しないために重要である。

従来この目的のために厚み８００λ程度の二酸化ケイ素
（ＳｉＯ□）やアルミナ（Ａ　Ｑ　２０３）等の酸化物
や、カーボン膜が用いられている、５ｉ０２やＡ　１１
２０．は通常シリコンやアルミニウムの有機金属化合物
を溶媒中に溶解したものを塗布乾燥後熱処理する方法、
アルゴンと酸素の混合ガス中でスパッタリングするかな
いしは蒸着法で作られる。

カーボン膜は特開昭５２−９０２１１１１に記載された
様な炭素電極の放電によって作られる炭素イオンビーム
の蒸着法ないしは１９８０年発行のジャーナル・オブ・
ノンクリスタリン・ソリッズ誌（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
Ｎｏｎ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　５ｏｌｉｄｓ）第３
５＆　３６巻第４３５ページに記載されているような炭
素の蒸発付着等の方法で作られていた。

（発明が解決しようとする問題点） 先に述べた種々の保護膜材料は、しかしながら十分な硬
度、密着性を有しておらず例えばビッカース硬度で５ｉ
０２では、２０口口ｋｇ／ｎｍ２．アルミナでは３００
０ｋｇ／ｍｎ＋２またはカーボン膜では３０００ｋｇ／
ａｍ２程度であった。

本発明は以上の欠点を改良した高硬度で耐磨耗性に優れ
特にＮｉＰを主成分とする基体との密着度に優れかつ潤
滑性の良好な磁気ディスク表面保護膜なとの用途に適す
る保護膜材料を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の主旨は、表面保護の用途に適する保護膜材料と
して、水素を含有する非晶質炭素膜に更にシリコン（Ｓ
ｉ）およびリン（Ｐ）を含有せしめることを特徴とする
硬質非晶質炭素膜を提供するところにある。

本発明になる非晶質炭素膜は水素（１１２）中にメタン
＜　Ｃ１１４）を　０．１％〜５％の範囲で混合した気
体を、第１図に示すように平行平板型の三極直流グロー
放電プラズマ気相合成装置内に導入する方法で合成する
。この装置は真空槽１内に対向して配置される２つの電
極２．６を備え、これらの電極２．６の間にはスクリー
ンメツシュ３が配置されている。また一方の電極６上に
は基板５が配置されて、またヒーター７も形成されてい
る。真空槽１にはガス導入口４が取付けられバルブ１３
．１４．１５を介してそれぞれＣＨ４水素の混合ガス１
０．シラン−水素の混合ガス１１．　ＰＨ，−Ｈ２の混
合ガス１２のボンベが接続している。また真空槽には圧
力調整器８を介してロータリポンプ９が配置されている
。

シリコン（Ｓｉ）の導入は、水素ガス中に５体積％程度
シラン（ＳｉＨ４）を混合したガスを準備し、またリン
（Ｐ）の導入は、同じく水素ガス中に２体積％以下の比
率でフォスフイン（ＰＨ３＞を混合したガスを原料ガス
と共に導入する方法で行えば良い６陰極電極板上には非
晶質炭素Ｍを付着させるべき基体を設置しておく。直流
グロー放電による反応時の圧力は、０．Ｉ　Ｔｏｒｒか
ら１０　Ｔｏｒｒとし、膜硬度の高い条件に設定すれば
良い。

なおスクリーンメツシュ電極３は、プラズマによるスパ
ッタの少い金属たとえばタングステンやモリブデンを用
いることが望ましいが、ステンレスメツシュを用いても
良好の結果は得られる。

（作用） 通常のメタンと水素の混合ガスを直流グロー放電させる
ことによって得られる膜は非晶質で約１０％以上の水素
を含有している。水素は炭素原子のダングリングボンド
の部分に入り、炭素の連鎖を閉じることによって、非晶
質状態を安定化させている構造とされている。

本発明者等は、この様な非晶質膜の高硬度化を達成すべ
く種々の金属元素の添加効果について、炭素原子のダン
グリングボンドの一部を水素以外の金属元素で閏じるこ
とを意図し鋭意研究を進め、シリコン（Ｓｉ）およびリ
ン（Ｐ）が膜と基板の密着性の向上と高硬度化に効果的
であることを見出した。金属元素の添加による密着性の
向上と高硬度化のメカニズムについては不明の点もある
が、金属と炭素との結合が形成されることによって膜硬
度密着性が向上すると考えられる。

（実施例） 硬質非晶質炭素膜の合成には前記第１図に示すような装
置を用いた。直流グロー放電は基体を設置していない側
の電極に正または負の数百ボルトの直流電圧を印加し、
接地したスクリーンメツシュとの間で直流グロープラズ
マを発生させた。放電電流密度は１ｍＡ／ｃ＋ｉ”とし
た。基体を設置した電極には＋１００ボルトから一１０
０ボルトまでの電圧を印加した。反応ガスはメタンを１
％〜５％混合した水素ガスを用い、圧力は１トールとし
、基体の温度をほぼ室温として１時間反応させた。スク
リーンメツシュは２０〜３００メツシユが適当でこの実
施例では８０メツシユを用いた。リン（Ｐ）はＰＨ３の
型でプラズマ中に導入した。

この結果得られた膜は厚み約０．１μｍで均一な干渉色
を呈していた。膜中のシリコンおよびリンは蛍光Ｘ線分
析法で分析した。シリコン（Ｓｉ）含有量が１１００ｐ
ｐ〜０．１％リン＜Ｐ）の含有量が１００原子ｐｐｍ〜
１０００原子ｐｐｍの範囲のものについて、膜硬度を評
価した所、ビッカース硬度で８０００〜１１０００Ｊ／
ｎｍ　２が得られた。この値は従来の非晶質炭素膜の２
〜３倍以上で極めて高硬度で、しかも密着性の高い膜で
あった。また水素は１０原子％〜３５原子％の範囲分越
えると硬度の低下がみられた。

（発明の効果） この様に本発明になる硬質非晶質炭素膜は、極めて高硬
度で磁気ディスク表面保護の用途に適する新しい保護膜
として有益である。また含有する金属元素によって基体
との密着性も制御できるので各種の基体に対しても応用
が可能で実用性は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いた装置の概略図を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、水素を含有する非晶質炭素膜に更にシリコン（
   Ｓｉ）およびリン（Ｐ）を含有せしめたことを特徴とす
   る硬質非晶質炭素膜。
2. （２）、特許請求の範囲第１項記載の硬質非晶質炭素膜
   において、水素の量を１０原子％以上、シリコン（Ｓｉ
   ）を１００原子ｐｐｍ〜０．１原子％、リン（Ｐ）を１
   ００原子ｐｐｍ〜１０００原子ｐｐｍ含有させることを
   特徴とする硬質非晶質炭素膜。