JPS63221841A - Manufacture of amorphous hydrogenated carbon membranes - Google Patents

Manufacture of amorphous hydrogenated carbon membranes

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JPS63221841A
JPS63221841A JP5551887A JP5551887A JPS63221841A JP S63221841 A JPS63221841 A JP S63221841A JP 5551887 A JP5551887 A JP 5551887A JP 5551887 A JP5551887 A JP 5551887A JP S63221841 A JPS63221841 A JP S63221841A
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JP
Japan
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low
film
gas
amorphous hydrogenated
hydrogenated carbon
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Application number
JP5551887A
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Japanese (ja)
Inventor
Mochikiyo Osawa
大澤 以清
Shuji Iino
修司 飯野
Hideo Yasutomi
英雄 保富
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63221841A publication Critical patent/JPS63221841A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
    • B01D69/127In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction using electrical discharge or plasma-polymerisation
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/06Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being organic
    • G03G5/07Polymeric photoconductive materials

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Abstract

PURPOSE:To enable even resins having inferior heat resistance at low temperatures near room temperatures to be coated with membranes by polymerizing specific hydrocarbon organic compounds by low-frequency plasma method. CONSTITUTION:Hydrocarbon organic compounds used are compounds having an energy gap of 95-11eV between the highest molecular orbit to be occupied and the lowest molecular orbit. For instance, cisbutadiene, transbutadiene, allene, etc. are used. When manufacturing the membrane, first a reactor chamber 23 is set to a constant vacuum state in a glow discharge decomposition device, and a stock gas is introduced into the reactor chamber 23 from the first-fifth tanks 6-10 with a carrier gas while adjusting the gas amount. When the internal pressure is stable, a low-frequency power supply 26 is turned ON to allow low-frequency plasma polymerization at frequencies of 10-100kHz. Thus amorphous hydrogenated carbon membranes are formed on substrates 24 such as polymethylmethacrylate.

Description

【発明の詳細な説明】 匡棗上Δ秤肝氷吐 本発明は成膜が常温近傍で可能であり、かつ成膜速度が
速い、非晶質水素化炭素膜の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing an amorphous hydrogenated carbon film that can be formed at around room temperature and at a high film formation rate.

従来技術および問題点 有機プラズマ重合膜はエチレンガス、ベンゼン、芳香族
シラン等のあらゆる種類の有機化合物のガスから作製で
きること(例えば、ニー・ティ・ベル(A、T、Be1
l)、エム・ジエン(M、5hen)ら、「ジャーナル
・オブ・アプライド・ポリマー・サイエンスJ(Jou
rnal of Applied Polymer 5
cience)、第17巻、885−892頁(197
3年)等)が知られている。
Prior Art and Problems Organic plasma polymerized films can be prepared from all kinds of organic compound gases such as ethylene gas, benzene, and aromatic silanes (e.g., N.T., Be1).
1), M, 5hen et al., Journal of Applied Polymer Science J
rnal of Applied Polymer 5
science), Vol. 17, pp. 885-892 (197
3 years) etc.) are known.

しかし、プラズマ重合膜は、原料ガスの種類、製造条件
等により、成膜性、膜特性等が大きく異なる。一般に炭
化水素系有機化合物をプラズマ重合し、高硬度で傷がつ
きにくく、かつ耐環境性に優れた膜を得ようとすると基
板材を高温に加熱し、かつ高周波13.56MHz近傍
で行なう必要があった。
However, plasma polymerized films vary greatly in film formability, film properties, etc. depending on the type of raw material gas, manufacturing conditions, etc. Generally, in order to obtain a film with high hardness, scratch resistance, and excellent environmental resistance by plasma polymerizing hydrocarbon-based organic compounds, it is necessary to heat the substrate material to a high temperature and perform the polymerization at a high frequency of around 13.56 MHz. there were.

従って、プラズマ重合膜を被覆できる基板材料は自ずと
限られたものとなり、高温度で軟化、あるいは変形する
材料で構成された物品または、特性劣化をきたす各種デ
バイス等には、炭化水素系有機化合物のプラズマ重合法
の適用は困難であった。
Therefore, the substrate materials that can be coated with plasma polymerized films are naturally limited, and hydrocarbon-based organic compounds are recommended for articles made of materials that soften or deform at high temperatures, or for various devices that deteriorate their characteristics. Application of plasma polymerization method was difficult.

発明が解決しようとする問題点 本発明者らは、プラズマ重合法について種々検討を重ね
るうちに、炭化水素の種類により、常温付近でプラズマ
重合膜が形成可能なものが存在することを見出した。
Problems to be Solved by the Invention The inventors of the present invention have repeatedly studied various plasma polymerization methods, and have discovered that some types of hydrocarbons can form plasma-polymerized films at around room temperature.

即ち、本発明の目的は、常温付近の低温度においても炭
化水素系有機化合物をプラズマ重合で形成可能な非晶質
水素化炭素膜の製造方法を提供することを目的とする。
That is, an object of the present invention is to provide a method for producing an amorphous hydrogenated carbon film that can form a hydrocarbon-based organic compound by plasma polymerization even at a low temperature around room temperature.

問題点を解決するための手段 本発明は、分子軌道の最高被占分子軌道(HOMO)と
最低空分子軌道(L、UMO)とのエネルギーギャップ
が9.5及至11eVである炭化水素系有機化合物を真
空中周波数10乃至1000KH2の低周波プラズマ放
電分解法を用いて重合することを特徴とする非晶質水素
化炭素膜の製造方法に関する。
Means for Solving the Problems The present invention provides a hydrocarbon-based organic compound in which the energy gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (L, UMO) is 9.5 to 11 eV. The present invention relates to a method for producing an amorphous hydrogenated carbon film, which comprises polymerizing in vacuum using a low frequency plasma discharge decomposition method at a frequency of 10 to 1000 KH2.

分子内には、電子が存在し得る。様々な軌道が存在する
が、ここで最高被占分子軌道(HOMO)とは、電子が
入っている軌道の中で最もエネルギーの高いもの(Hi
ghest 0ccupied Mo1ecularO
rbital)、最低空分子軌道(LUMO)とは、電
子か入っていない軌道の中で最もエネルギーの低いもの
(1,owest Unoccupied Mo1ec
ular 0rbftal)のことを言う。
Electrons may be present within the molecule. There are various orbitals, but the highest occupied molecular orbital (HOMO) is the one with the highest energy among the orbitals containing electrons (Hi
ghost 0ccupied Mo1ecularO
The lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is the lowest energy orbital that does not contain an electron (1, lowest unoccupied molecular orbital).
ular 0rbftal).

本発明は、上記HOM OとLUMOのエネルギーギャ
ップが9.5及至11eV、好ましくは、9゜7〜IO
,7eV、より好ましくは、9.8〜10゜5eVの炭
化水素系有機化合物を使用する。
In the present invention, the energy gap between the HOMO and LUMO is 9.5 to 11 eV, preferably 9°7 to IO.
,7 eV, more preferably 9.8 to 10°5 eV.

r−t OM OとLUMOのエネルギーギャップが9
゜5cVより小さい炭化水素系有機化合物を使用すると
、低温でプラズマ重合を行なうことを達成し難くなる。
The energy gap between rt OMO and LUMO is 9
If a hydrocarbon-based organic compound with a voltage smaller than 5 cV is used, it becomes difficult to achieve plasma polymerization at low temperatures.

即ち、HOMOとLUMOのエネルギーギャップが9 
、5 eVより小さい炭化水素系有機化合物は傾向とし
て、室温では液化し易い化合物であるため、プラズマ重
合を行なうときは、気化させその状態を維持する必要が
生じる。そのための加熱器、配管内、反応室内での凝結
を防止するための加熱器等を装備しなければならず、装
置の複雑化を招く。また、有機化合物の気化に必要な最
低の温度状態に維持してもプラズマ放電による分解も充
分に達成できず、炭化水素系有機化合物どうしの架橋度
が低くなり、油状物が形成されるために、基板、反応室
ペルジャー内が汚染される問題も生じる。
In other words, the energy gap between HOMO and LUMO is 9
, 5 eV tend to be easily liquefied at room temperature, so when performing plasma polymerization, it is necessary to vaporize and maintain that state. It is necessary to equip a heater for this purpose and a heater to prevent condensation inside the piping and the reaction chamber, which leads to the complexity of the apparatus. Furthermore, even if the organic compound is maintained at the lowest temperature required for vaporization, decomposition by plasma discharge cannot be achieved sufficiently, and the degree of crosslinking between hydrocarbon-based organic compounds becomes low, resulting in the formation of an oily substance. There also arises the problem that the substrate and the inside of the Pelger reaction chamber are contaminated.

HOMOとLUMOのエネルギーギャップが11eVよ
り大きい炭化水素系有機化合物を用いると、常温の状態
では、気相中で重合反応が進行する確率が高くなり、粉
体状の重合物の形成が促進され、かえって基板上に重合
膜は形成されないため成膜性の低下が引き起こされる。
When a hydrocarbon-based organic compound with an energy gap between HOMO and LUMO of more than 11 eV is used, the probability that the polymerization reaction will proceed in the gas phase at room temperature increases, and the formation of a powder-like polymer is promoted. On the contrary, a polymer film is not formed on the substrate, resulting in a decrease in film formability.

また、粉体状の重合物が基板上または反応室内を汚染す
るという問題も存在する。
There is also the problem that the powdered polymer contaminates the substrate or the interior of the reaction chamber.

HOM Oおよびり、UMOのエネルギー値は、π電子
系の取り扱いに対するエルシーニーオー−ニスシーエフ
(LCAO−SCF)計算における半経験的方法のうち
、所謂ピーピーピー法[P P P法(パリザーーパー
ルーボーブル法(P ariser −P arr −
Pople法))コに従い算出した値を使用した。係る
計算は、例えば、米沢貞次部ら、三訂量子化学入門、第
275頁、化学同人発行(1984)等を参考にするこ
とができる。計算に必要なパラメーター、即ち、イオン
化ポテンシャル、電子親和力、および−中心電子反発積
分は文献によった。文献としては、ジェー・ハインズ(
J、 Hinze)、エッチ・エッチ・ジャフェ(H,
H,J arfe)、ジャックス(J、 Am、 Ch
em、 Sac、)、第84巻、第540頁(1962
年)、あるいはエム・ジェー・ニス・デヴ7−(lvl
、J、S、Dewar)、ティー・モリタ(T、 Mo
rita)、J、 Am、 Chem、 Soc、、第
91巻、第794頁(1969年)を参考にすることが
できる。また、二中心電子反発積分は、2原子間距離R
≧2.8人の範囲でパールの提出した理論式を用いた。
The energy values of HOM O, UMO, and UMO are determined using the so-called P P method [P P P method], which is a semi-empirical method in LCA O-SCF calculations for handling π-electron systems. Bull method (Pariser - Parr -
The values calculated according to the Pople method)) were used. For such calculations, reference may be made to, for example, Sadatsugu Yonezawa et al., Introduction to Quantum Chemistry, 3rd edition, p. 275, published by Kagaku Doujin (1984). The parameters required for the calculations, ie, ionization potential, electron affinity, and -center electron repulsion integral, were taken from the literature. For literature, see Jay Hines (
J, Hinze), H, H, Jaffe (H,
H, J arfe), Jacks (J, Am, Ch
Em, Sac, ), Volume 84, Page 540 (1962
year), or MJ Nis Dev7-(lvl
, J.S., Dewar), T.Morita (T.Mo.
Rita), J. Am, Chem, Soc, vol. 91, p. 794 (1969). In addition, the two-center electron repulsion integral is the distance R between two atoms.
The theoretical formula proposed by Pearl was used within the range of 2.8 people.

計算のSCF性は、MOエネルギーεiと前回の計算で
得られているε′iの差 1εi−ε/i+  の最大
値が5X10−’を下回ったときとした。
The SCF property of the calculation was determined when the maximum value of the difference 1εi−ε/i+ between the MO energy εi and ε′i obtained in the previous calculation was less than 5×10−′.

上述したHOMOとLUMOのエネルギーギャップが9
.5〜11eVの炭化水素系有機化合物を使用すると、
非晶質水素化炭素膜を低温(常温〜100°C)で形成
することができる。
The energy gap between the HOMO and LUMO mentioned above is 9
.. When using a hydrocarbon organic compound with a voltage of 5 to 11 eV,
Amorphous hydrogenated carbon films can be formed at low temperatures (room temperature to 100°C).

そのため、耐熱性のある各種セラミックス製品、金属製
品はもちろん耐熱性に乏しいポリメヂルメタフリレート
等の樹脂または、熱により特性劣化を受けやすい各種デ
バイス等にも被覆することができるので、本発明を多用
途に展開することができる。
Therefore, the present invention can be coated not only on various heat-resistant ceramic products and metal products, but also on resins such as polymethyl methacrylate that have poor heat resistance, and on various devices that are susceptible to characteristic deterioration due to heat. It can be used for many purposes.

従って、本発明に適用しつる炭化水素系有機化合物は、
π電子系を有するものに当てはまるものであり、π電子
系としては、炭素−炭素の二重結合または三重結合を包
含し、それらが共役あるいは非共役の状態で2つ以上存
在していてもよい。
Therefore, the vine hydrocarbon organic compound applicable to the present invention is
This applies to those having a π-electron system, and the π-electron system includes carbon-carbon double bonds or triple bonds, and two or more of them may exist in a conjugated or non-conjugated state. .

π電子系結合部は、プラズマ重合の際に開裂して分子間
で架橋構造を形成する働きを有する。π共役系を有しな
い化合物の場合は、基板から剥離しやすい、硬度のない
、かつもろい膜が形成される。
The π-electron bond has the function of being cleaved during plasma polymerization to form a crosslinked structure between molecules. In the case of a compound that does not have a π-conjugated system, a film that is easy to peel off from the substrate, has no hardness, and is brittle is formed.

具体的にはシスブタジェン(10,47eV)およびト
ランスブタジェン(10,31eV)、プロピレン(9
,83eV)、アレン(10,52eV)、■−ブテン
(9,85eV)、シクロブテン(10,54eV)等
が例示される。
Specifically, cis-butadiene (10,47 eV), trans-butadiene (10,31 eV), propylene (9
, 83 eV), arene (10,52 eV), ■-butene (9,85 eV), and cyclobutene (10,54 eV).

本発明において用いられる炭化水素系有機化合物は単独
で用いてもよく、また混合して用いてもよい。
The hydrocarbon organic compounds used in the present invention may be used alone or in combination.

さらに、低温、低周波でのプラズマ重合を損なわない範
囲で、他の炭化水素系化合物、例えば、メタン、エタン
、エチレン、プロパン等を混合して使用してもよい。
Furthermore, other hydrocarbon compounds such as methane, ethane, ethylene, propane, etc. may be mixed and used within a range that does not impair plasma polymerization at low temperature and low frequency.

係る化合物を使用して形成した本発明の非晶質炭素膜は
水素含量が全構成原子に対して10〜60 atomi
c%であり、以下のような特徴を有している。
The amorphous carbon film of the present invention formed using such a compound has a hydrogen content of 10 to 60 atoms based on all constituent atoms.
c%, and has the following characteristics.

(イ)高硬度である。JIS−に−5400の規格の鉛
筆硬度で3H以上のものが容易に得られる。
(a) High hardness. A pencil hardness of 3H or higher according to the JIS-5400 standard can be easily obtained.

(ロ)あらゆる種類の基材、デバイスに被覆でき、かつ
密着性にすぐれている。
(b) It can be coated on all kinds of base materials and devices and has excellent adhesion.

(ハ)耐溶剤性に優れており、各種溶剤、酸、アルカリ
等に不溶である。
(c) It has excellent solvent resistance and is insoluble in various solvents, acids, alkalis, etc.

(ニ)等友釣に均一に堆積され形成されている。(d) It is uniformly deposited and formed.

蒸着等でみられるシャドウが無い。There is no shadow seen with vapor deposition, etc.

(ホ)環境安定性にすぐれており、重合膜の緒特性が、
経時的に変化を受けにくい。
(e) It has excellent environmental stability, and the properties of the polymeric film are
Resistant to change over time.

(へ)熱伝導性に優れており、IC等の発熱体に被覆し
ても内部に熱蓄積が生じない。
(f) It has excellent thermal conductivity, so even if it is coated on a heating element such as an IC, no heat will accumulate inside it.

(ト)透光性に優れており、0.2μmの厚さの膜では
、可視光の90%以上が透過可能である。
(g) It has excellent light transmittance, and a film with a thickness of 0.2 μm can transmit 90% or more of visible light.

(チ)耐摩耗性に優れている。高硬度であるが摩擦係数
が低いので耐摩耗性に優れている。
(h) Excellent wear resistance. Although it has high hardness, it has a low friction coefficient and has excellent wear resistance.

(ワ)屈折率が約1.3〜1.6である。(W) The refractive index is about 1.3 to 1.6.

(ヌ)イオン化ポテンシャルが約5.0〜6.OeVで
ある。
(nu) Ionization potential is approximately 5.0 to 6. It is OeV.

本発明炭化水素系有機化合物の場合は、常温近 ・傍の
低温でプラズマ重合が可能であり、種々の分野に適応可
能となるものである。
In the case of the hydrocarbon-based organic compound of the present invention, plasma polymerization is possible at low temperatures near room temperature, and it can be applied to various fields.

プラズマ重合は、気相状態の分子を減圧下で放電分解し
、発生したプラズマ雰囲気中に含まれる活性中性種ある
いは荷電種を基板上に拡散、電気力、あるいは磁気力等
により誘導し、基板上での再結合反応により固相として
堆積させる、所謂グロー放電プラズマ重合反応から生成
され、周波数lO乃至1000KHzの低周波を用いた
プラズマ法により生成されるプラズマ状態を経て形成す
る。前述した炭化水素系有機化合物は、常温近傍の低温
で、かつ高速に成膜される。
In plasma polymerization, molecules in the gas phase are decomposed by electrical discharge under reduced pressure, and activated neutral species or charged species contained in the generated plasma atmosphere are diffused onto a substrate and induced by electric or magnetic force. The solid phase is deposited by the recombination reaction described above, which is generated from a so-called glow discharge plasma polymerization reaction, and is formed through a plasma state generated by a plasma method using a low frequency of 10 to 1000 KHz. The above-mentioned hydrocarbon-based organic compound is formed into a film at a low temperature near room temperature and at a high speed.

プラズマ発生に1000KHz以上の高い周波数を用い
ても、プラズマにより発生した化合物のラジカル種或い
はイオン種の基板への到達数が減り、堆積速度が低下し
、その分、隼相中での重合が進んでしまうため、油状化
、粉体化した重合物が形成されやすくなる。しかし、基
板温度を高温に保持することが可能であればブタジェン
等などは1000KHz以上の周波数でプラズマ重合し
て成膜することは可能であり、上記したような問題は生
じない。
Even if a high frequency of 1000 KHz or more is used for plasma generation, the number of radical species or ion species of compounds generated by the plasma that reach the substrate decreases, the deposition rate decreases, and polymerization in the Hayabusa phase progresses accordingly. As a result, oily and powdered polymers are likely to be formed. However, if it is possible to maintain the substrate temperature at a high temperature, butadiene or the like can be formed into a film by plasma polymerization at a frequency of 1000 KHz or higher, and the above-mentioned problem does not occur.

又、10KHz以下の周波数でプラズマを発生して、重
合を行なうと、発生したラジカル種又はイオン種の基板
への到達回数の増大に比較して、イオンダメージが増加
し、その結果、もろくて、荒れた、かつ基板との付着性
に乏しい膜が形成される。
Furthermore, when polymerization is performed by generating plasma at a frequency of 10 KHz or less, ion damage increases compared to the increase in the number of times the generated radical species or ion species reach the substrate, resulting in brittleness and A rough film with poor adhesion to the substrate is formed.

本発明の非晶質水素化炭素膜は、低周波プラズマ法の他
にも、本発明の目的の範囲内でイオン化蒸着法、イオン
ビーム蒸着法、真空蒸着法あるいはスパッタリング法等
を組み合わせて製造してもよい。
The amorphous hydrogenated carbon film of the present invention can be produced by combining ionization deposition method, ion beam deposition method, vacuum deposition method, sputtering method, etc. within the scope of the purpose of the present invention, in addition to the low-frequency plasma method. It's okay.

第1図および第2図は本発明に係る非晶質水素化炭素膜
の製造装置で容量結合型プラズマCVD装置を例示する
。第1図は平行平板型プラズマCVD装置、第2図は円
筒型プラズマCVD装置を示す。両装置は、第1図中に
おいては電極板(22)、(25)および基板(24)
が平板型であり、第2図中においては電極板(30)お
よび基板(31)が円筒型であるという点で相違してい
る。また本発明においては、別に誘導結合型プラズマC
VD装置によっても作製することができる。本発明の非
晶質水素化炭素膜の製造法を平行平板型プラズマCVD
装置(第1図)を例にとり説明する。図中(6)〜(1
0)は夫々、本発明に適した炭化水素系有機化合物、H
l、He、Ar等のキャリアガス、その他の添加化合物
ガスが密閉された第1乃至第5タンクで、夫々のタンク
は第1〜第5調整弁(11)〜(15)とマスフローコ
ントローラー(16)〜(20)に接続されている。こ
れらのガスは主管(21)を介して反応室(23)に送
り込まれる。
FIGS. 1 and 2 illustrate a capacitively coupled plasma CVD apparatus as an apparatus for manufacturing an amorphous hydrogenated carbon film according to the present invention. FIG. 1 shows a parallel plate plasma CVD apparatus, and FIG. 2 shows a cylindrical plasma CVD apparatus. Both devices include electrode plates (22), (25) and a substrate (24) in FIG.
The difference is that the electrode plate (30) and the substrate (31) in FIG. 2 have a cylindrical shape, whereas the electrode plate (30) and the substrate (31) in FIG. 2 are of a flat plate type. In addition, in the present invention, inductively coupled plasma C
It can also be produced using a VD device. The method for producing the amorphous hydrogenated carbon film of the present invention is carried out by parallel plate plasma CVD.
This will be explained by taking the apparatus (FIG. 1) as an example. (6) to (1) in the figure
0) are hydrocarbon organic compounds suitable for the present invention, H
The first to fifth tanks are hermetically sealed carrier gases such as L, He, and Ar, and other additive compound gases, and each tank is connected to the first to fifth regulating valves (11) to (15) and the mass flow controller (16). ) to (20). These gases are sent into the reaction chamber (23) via the main pipe (21).

反応室(23)には、コンデンサを介して低周波電源(
26)に接続される平板型電極板(22)と電気的に接
地されるとともに、平板型基板(24)等が載置される
平板型アース電極板(25)が対向配置して設けられて
いる。また、上記平板型電極板(22)はコイル(27
)を介して直流電圧源(28)に接続されており、低周
波電源(26)からの電力印加に加え直流バイアス電圧
が上乗せ印加されるようになっている。また電極板(2
5)上に載置される基板(24)等は必要であれば図示
しない加熱手段によって、例えば、室温〜100℃に加
熱されるようになっている。
The reaction chamber (23) is connected to a low frequency power source (
A flat earth electrode plate (25) is arranged opposite to the flat electrode plate (22) connected to the electrode plate (26), which is electrically grounded and on which the flat substrate (24) etc. are placed. There is. Further, the flat electrode plate (22) has a coil (27
) is connected to a DC voltage source (28), and in addition to the power applied from the low frequency power source (26), a DC bias voltage is additionally applied. Also, the electrode plate (2
5) If necessary, the substrate (24) etc. placed thereon are heated to, for example, room temperature to 100° C. by a heating means (not shown).

以上の構成において、例えばポリメチルメタクリレート
板上にブタジェンをプラズマ重合し、非晶質水素化炭素
膜を製造する場合、反応室(23)を一定の真空状態と
してから主管(21)を介して第1タンク(6)よりブ
タジェンガス、第2タンク(7)よりキャリアガスとし
てH,ガスを供給する。一方、低周波電源(26)より
平板型電極板(22)に3 Qwatts〜lkv、の
電力を印加し両電極板間にプラズマ放電を起こし、予め
加熱された基板(24)上に所望の厚さの非晶質水素化
炭素膜(2)を形成する。
In the above configuration, for example, when butadiene is plasma-polymerized on a polymethyl methacrylate plate to produce an amorphous hydrogenated carbon film, the reaction chamber (23) is brought into a constant vacuum state and then the Butadiene gas is supplied from the first tank (6), and H gas is supplied as a carrier gas from the second tank (7). On the other hand, a power of 3 Qwatts to lkv is applied to the flat electrode plate (22) from the low frequency power source (26) to generate a plasma discharge between the two electrode plates to form a desired thickness on the preheated substrate (24). An amorphous hydrogenated carbon film (2) is formed.

さらに、他の原子、例えばフッ素、塩素等のハロゲン原
子あるいは窒素、リン、ヒ素等の■族元素またはホウ素
、アルミニウム、ガリウムあるいはインジウム等の■族
元素を非晶質水素化炭素膜に添加することも可能で、そ
のためには、それらの元素を含む化合物の蒸気を適宜、
タンクから反応室(23)に導入して炭化水素系有機化
合物とともにプラズマ重合すればよく、炭素膜の特性、
例えば、耐摩耗性、屈折率、極性等を調整することがで
きる。その他に、成膜後、上記ガスでボンバードするこ
とによっても他原子の添加は可能である。
Furthermore, other atoms, such as halogen atoms such as fluorine and chlorine, group II elements such as nitrogen, phosphorus, and arsenic, or group III elements such as boron, aluminum, gallium, and indium, may be added to the amorphous hydrogenated carbon film. is also possible, and for that purpose, vapors of compounds containing those elements are
The characteristics of the carbon film,
For example, wear resistance, refractive index, polarity, etc. can be adjusted. Other atoms can also be added by bombarding the film with the above gas after film formation.

本発明の非晶質水素化炭素膜は出発原料ガスおよび他の
添加ガスの種類、原料ガスと希釈ガス(H2、不活性ガ
ス)比、放電パワー、圧力、基板温度、DCバイアス電
圧、アニール温度、放電周波数等の製造条件を選択する
ことにより、種々の膜特性に調整可能である。従って、
上記諸条件は、本発明の非晶質水素化炭素膜の適用対象
物に応じ、所望の膜特性が得られるように、適宜設定す
べきである。
The amorphous hydrogenated carbon film of the present invention includes the types of starting material gas and other additive gases, the ratio of material gas to diluent gas (H2, inert gas), discharge power, pressure, substrate temperature, DC bias voltage, and annealing temperature. By selecting manufacturing conditions such as , discharge frequency, etc., various film characteristics can be adjusted. Therefore,
The above conditions should be appropriately set according to the object to which the amorphous hydrogenated carbon film of the present invention is applied so that desired film characteristics can be obtained.

例えば、膜特性として、炭素膜を高硬度に形成したい場
合は、低周波電力を高くする、電力周波数を下げる、本
発明の目的の範囲内で基板温度を上げる等、成膜条件を
変化することが有効である。
For example, if you want to form a carbon film with high hardness in terms of film properties, you can change the film forming conditions, such as increasing the low frequency power, lowering the power frequency, or increasing the substrate temperature within the scope of the purpose of the present invention. is valid.

膜の透光性を上げたい場合は上記条件と反対の操作が有
効である。
If it is desired to increase the translucency of the film, the operation opposite to the above conditions is effective.

耐摩耗性を必要とする場合は、非晶質炭素膜中にハロゲ
ン原子、特にフッ素原子を含有させることが有効である
When wear resistance is required, it is effective to include halogen atoms, particularly fluorine atoms, in the amorphous carbon film.

含フツ素化合物としては、フッ素ガス、フッ化メチルガ
ス、四フッ化メタンガス、フッ化エチレンガス、フッ化
エチリデンガス、パーフロロプロパンガス等を使用でき
る。フッ素原子を含有させたときは、膜の透光性が失な
われる傾向にあることに留意する必要がある。
As the fluorine-containing compound, fluorine gas, methyl fluoride gas, tetrafluoromethane gas, fluorinated ethylene gas, fluorinated ethylidene gas, perfluoropropane gas, etc. can be used. It should be noted that when fluorine atoms are contained, the film tends to lose its transparency.

屈折率の高い非晶質水素化炭素膜を得たい場合は、膜中
にシリコン、ゲルマニウム、等の原子を添加する。
If it is desired to obtain an amorphous hydrogenated carbon film with a high refractive index, atoms of silicon, germanium, etc. are added to the film.

シリコン源としては、SiHい5itl〜Lガス等;ゲ
ルマニウム源としてはGeH,、G e t H*ガス
等;を使用すればよい。
As the silicon source, SiH5itl~L gas, etc. may be used; as the germanium source, GeH, Get H* gas, etc. may be used.

導電性に関する極性制御が必要な場合は、前述した、■
族または■族原子を添加することが有効である。■族元
素および■族元素の添加は、それぞれ膜の極性をp型お
よびn型に調整可能である。
If polarity control regarding conductivity is required,
It is effective to add atoms of the group or group II. The addition of group (1) elements and group (2) elements allows the polarity of the film to be adjusted to p-type and n-type, respectively.

■族元素としてはB1Aσ、Ga1 In等が例示され
Bを含む化合物としては、B (OCyl−1s)s、
B t H*、BCl23、BBr3、B F a等が
例示される。
Examples of group III elements include B1Aσ, Ga1In, etc., and compounds containing B include B (OCyl-1s)s,
Examples include B t H*, BCl23, BBr3, and B Fa.

AQを含む化合物としてはA 12(Ot  C3Ht
)a、(CH3)3Aσ、(C,H5)3A12、(t
  C4Ha) s A QsAQC123等が例示さ
れる。
Compounds containing AQ include A 12 (Ot C3Ht
)a, (CH3)3Aσ, (C,H5)3A12, (t
C4Ha) s A QsAQC123 etc. are exemplified.

Gaを含む化合物としてはGa(Oi  C3H?)l
、(CHs)3Gas (C*Hs)sGa、GaCQ
3、GaBr5等がある。
As a compound containing Ga, Ga(Oi C3H?)l
, (CHs)3Gas (C*Hs)sGa, GaCQ
3, GaBr5, etc.

Inを含む化合物としてはI n(Of  C3H?)
l、(CtHs)s I n等がある。
As a compound containing In, I n (Of C3H?)
l, (CtHs)s I n, etc.

V族元素としてはP、As、Sb等が例示され、Pを含
む化合物としては、p o (o CH3)3、(C。
Examples of group V elements include P, As, Sb, etc., and compounds containing P include p o (o CH3)3, (C.

H5)3 P 、 P H3、PF’5、POC(!a
等:ASを含む化合物としてA s H3、A s C
12a、AsBr+等:Sbを含む化合物トシテS b
(OCtH5)3.5bCQs、5btr3等が例示さ
れる。
H5) 3 P, P H3, PF'5, POC (!a
etc.: As a compound containing AS, As H3, As C
12a, AsBr+, etc.: Compound containing Sb
(OCtH5)3.5bCQs, 5btr3, etc. are exemplified.

上記したハロゲン原子、■族原子、■族原子等の含有量
は、非晶質水素化炭素膜の用途に応じて適宜選定すべき
であり、含有量の調整は、例えば添加化合物の反応室(
23)内への流量制御によって行なうことができる。ま
た、炭素膜中の原子の含有量の測定は、赤外吸収スペク
トル、’H−NMR,′3C−NMR,有機兄素分析、
オージェ分光分析等により可能である。
The content of the above-mentioned halogen atoms, group II atoms, group II atoms, etc. should be appropriately selected depending on the use of the amorphous hydrogenated carbon membrane.
23) This can be done by controlling the flow rate inward. In addition, the content of atoms in the carbon film can be measured using infrared absorption spectroscopy, 'H-NMR, '3C-NMR, organic brother analysis,
This is possible using Auger spectroscopy, etc.

下記(a)〜(p)に示した各種基板を使用し、第1図
に示した製造装置を用い、表1中に示した3つの条件で
成膜を試みた(実施例1〜3)。なお、比較のために本
発明の範囲外の条件で成膜した結果も表1中に示した(
比較例1〜3)。
Using the various substrates shown in (a) to (p) below, film formation was attempted under the three conditions shown in Table 1 using the manufacturing equipment shown in Figure 1 (Examples 1 to 3) . For comparison, the results of film formation under conditions outside the scope of the present invention are also shown in Table 1 (
Comparative Examples 1-3).

(基板種) (a)  ガラス(コーニング社製#7059)(b)
  シリコンウェハ (c)  アルミ板(A6063) (d)  アルミ板(A5386) (e)  ステンレス板 ([)アルミ蒸着ガラス板 (g)  クロムスパッタガラス板 (h)  金蒸着ガラス板 (i)  タングステン線 (D  銅板 (k)  A Ss S es蒸蒸着アル波板Q)GD
a−St堆積アルミ板 (m)  ポリエステル樹脂(東洋紡社製V−200)
塗布アルミ板 (n)  ポリカーボネート樹脂(奇人化成社製に−1
300)塗布アルミ板 (0)  メチルメタクリレートPMMA(三菱レーヨ
ン社製BR−85)塗布アルミ板 (p)  ボリアリレート(ユニチカ社製U −400
0)塗布アルミ板 (成膜) 第1図に示すグロー放電分解装置において、まず、反応
室(23)の内部をlθ″″” T orr程度の高真
空にした後、第1および第2調節弁((11)〜(12
))を解放し、第1タンク(6)より原料ガス、第2タ
ンク(7)よりH,ガスをマスフローコントローラ(1
6)〜(17)により、表1に示すガス量となるように
調整して反応室(23)内へ流入した。
(Substrate type) (a) Glass (Corning #7059) (b)
Silicon wafer (c) Aluminum plate (A6063) (d) Aluminum plate (A5386) (e) Stainless steel plate ([) Aluminum evaporated glass plate (g) Chrome sputtered glass plate (h) Gold evaporated glass plate (i) Tungsten wire ( D Copper plate (k) A Ss S es evaporated aluminum corrugated plate Q) GD
a-St deposited aluminum plate (m) Polyester resin (V-200 manufactured by Toyobo Co., Ltd.)
Coated aluminum plate (n) Polycarbonate resin (manufactured by Kijin Kasei-1)
300) Coated aluminum plate (0) Methyl methacrylate PMMA (BR-85 made by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) coated aluminum plate (p) Boria arylate (U-400 made by Unitika Co., Ltd.)
0) Coated aluminum plate (film formation) In the glow discharge decomposition apparatus shown in FIG. Valve ((11) to (12)
)), raw material gas from the first tank (6), H gas from the second tank (7), and the mass flow controller (1
6) to (17), the gas amount was adjusted to be as shown in Table 1 and flowed into the reaction chamber (23).

夫々の流量が安定した後に、反応室(23)の内圧が表
1に示した値となるように調整した。一方、基板(24
)としては、前記(a)〜(p)のものを使用し、表1
中に示した温度に予め加熱しておき、各ガス流量が安定
し、内圧が安定した状態で低周波電源(26)を投入し
平板型電極板(22)に表1中に示した周波数、電力を
印加して表1中に示した時間プラズマ重合を行ない、基
板(24)上に非晶質水素化炭素膜を形成した。
After each flow rate became stable, the internal pressure of the reaction chamber (23) was adjusted to the value shown in Table 1. On the other hand, the board (24
), the above (a) to (p) were used, and Table 1
After preheating to the temperature shown in Table 1, and with each gas flow rate stabilized and the internal pressure stabilized, the low frequency power supply (26) was turned on and the flat electrode plate (22) was heated to the frequency shown in Table 1. Plasma polymerization was performed for the time shown in Table 1 by applying electric power to form an amorphous hydrogenated carbon film on the substrate (24).

表1中に各種基板に対する成膜性を○およびXて評価し
た。○はJIS−に−5400規格の基盤目試験におい
て10点が得られた接着性に優れた膜であることを、×
は油状化、粉体化あるいは上記試験において基板からの
剥離が生じ成膜しにくいことを示す。
In Table 1, film formability on various substrates was evaluated using ○ and X. ○ indicates that the film has excellent adhesion and obtained a score of 10 in the JIS-5400 standard substrate test, ×
indicates that it is difficult to form a film because it becomes oily, powdered, or peels off from the substrate in the above test.

発明の効果 本発明の非晶質水素化炭素膜の製造法は、低温(常温〜
100℃)で成膜が可能であり、高温で変形あるいは軟
化する材料からなる物品にも適用でき、応用範囲が広い
Effects of the Invention The method for producing an amorphous hydrogenated carbon film of the present invention can be carried out at low temperatures (room temperature to
It can be formed into a film at a temperature of 100° C.) and can be applied to articles made of materials that deform or soften at high temperatures, so it has a wide range of applications.

本発明の製造法は、膜の堆積速度が速く、かつ大面積化
が可能である。
According to the manufacturing method of the present invention, the film can be deposited at a high rate and a large area can be formed.

本発明により得られた非晶質水素化炭素膜は、硬度、耐
環境性に優れかつ所望により他原子等を添加して、種々
の特性を付与できる。
The amorphous hydrogenated carbon film obtained by the present invention has excellent hardness and environmental resistance, and can be given various properties by adding other atoms, etc., if desired.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図は本発明を実施するための装置の1
例を示す図である。 (6)〜(10)・・・タンク、(11)〜(15)・
・・調節弁(16)〜(20)・・・マスフローコント
ローラー、(21)・・・主管、    (22)・・
・平板型電極板、(23)・・・反応室、   (24
)・・・平板型基板、(25)・・・平板型アース電極
板、
FIGS. 1 and 2 show one of the apparatuses for carrying out the present invention.
It is a figure which shows an example. (6) to (10)...Tank, (11) to (15).
...Control valves (16) to (20)...Mass flow controller, (21)...Main pipe, (22)...
・Flat type electrode plate, (23)...reaction chamber, (24
)...Flat type substrate, (25)...Flat type ground electrode plate,

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、分子軌道の最高被占分子軌道(HOMO)と最低空
分子軌道(LUMO)とのエネルギーギャップが9.5
及至11eVである炭化水素系有機化合物を真空中周波
数10乃至1000KHzの低周波プラズマ放電分解法
を用いて重合することを特徴とする非晶質水素化炭素膜
の製造方法。
1. The energy gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is 9.5.
1. A method for producing an amorphous hydrogenated carbon film, comprising polymerizing a hydrocarbon-based organic compound having a voltage of 10 to 11 eV in vacuum using a low-frequency plasma discharge decomposition method with a frequency of 10 to 1000 KHz.
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