JPS63237064A - Photoconductive amorphous carbon - Google Patents

Photoconductive amorphous carbon

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JPS63237064A
JPS63237064A JP62067748A JP6774887A JPS63237064A JP S63237064 A JPS63237064 A JP S63237064A JP 62067748 A JP62067748 A JP 62067748A JP 6774887 A JP6774887 A JP 6774887A JP S63237064 A JPS63237064 A JP S63237064A
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JP
Japan
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sulfur
hydrogen
amorphous carbon
carbon
gas mixture
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Application number
JP62067748A
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Japanese (ja)
Inventor
ロバート・ウェンデル・スタンドレー
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BP Corp North America Inc
Original Assignee
BP Corp North America Inc
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は新規な光導電性物質に関する。より詳細には1
本発明は硫黄及び水素をト9−プした光導電性無定形炭
素に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention This invention relates to novel photoconductive materials. For more details 1
The present invention relates to photoconductive amorphous carbon topped with sulfur and hydrogen.

(先行技術の説明) 古典的な光涜、を性物質である一定形セレンを有する無
定形半導体は、電子写真式複写法における光導電性素子
として長い間用いられてきた。電子写真の用途に対して
1元導電性物質は、該物質の無照射領域の自己放電を防
ぐために極めて低い暗導電率(約10−13オーム−1
m−1よりIJ9を;該物質の照射領域を迅速に放電さ
せるために高い光導電率を;そして必要とする該物質の
厚さを最小にするために高絶縁耐力を;有しなければな
らない。
DESCRIPTION OF THE PRIOR ART Amorphous semiconductors with the classical photosensitive material, constant selenium, have long been used as photoconductive elements in electrophotographic reproduction. For electrophotographic applications, monoconducting materials have very low dark conductivities (approximately 10-13 ohm-1) to prevent self-discharge in unirradiated areas of the material.
m-1 to IJ9; must have high photoconductivity to quickly discharge the irradiated area of the material; and high dielectric strength to minimize the required thickness of the material. .

該物質は複写のプロセスの間に接触する紙やトナーによ
って摩耗されるので、極めて硬い物質が望ましいことで
もある。
A very hard material is also desirable since the material is abraded by the paper and toner it comes into contact with during the copying process.

水素化無定形シリコンと呼ばれる最高約30原子%の水
素を含む無定形シリコンが現在電子写真の用途に無定形
セレンの代替品として開発されつつある。これは遥かに
硬く、そして恐らく約10倍長い有効寿命(無定形セレ
ン被覆の場合約50、000のコピ一枚数に対し水素化
無定形シリコン被覆の場合約500.000乃至1,0
00,000のコピ一枚数)があるであろうという理由
による。
Amorphous silicon containing up to about 30 atomic percent hydrogen, called hydrogenated amorphous silicon, is currently being developed as a replacement for amorphous selenium for electrophotographic applications. It is much harder and has a useful life that is probably about 10 times longer (from about 500,000 to 1,0 copies for hydrogenated amorphous silicon coatings versus about 50,000 copies for amorphous selenium coatings).
00,000 copies).

遺憾なことに、水素化無定形シリコンの暗伝導率は単独
で用いられるには余りにも高過ぎ、従つ℃暗所における
自己放電を防ぐためにブロッキングコンタクトを含む複
雑な多層フィルムを用いなけjばならない。
Unfortunately, the dark conductivity of hydrogenated amorphous silicon is too high to be used alone, thus requiring the use of complex multilayer films containing blocking contacts to prevent self-discharge in the dark. No.

炭素フィルムは、電子ビーム真空蒸着、高周波スパッタ
リング、炭化水素ガスの高周波プラズマ分解、炭化水素
ガス中の直流グロー放電、メタンガスを用いる同軸ノξ
ルスプラズマ加速法、黒鉛陰極を用いる真空アーク蒸着
、アルゴン及び炭化水素切断片イオンを用いるイオンビ
ーム蒸着、及び純炭素イオンビームな用いる蒸着を含む
種々の真空蒸着法によってつくられ℃いる。しかし、典
型的には、このフィルムの調製にはスパッタリング。
Carbon films can be produced by electron beam vacuum evaporation, high-frequency sputtering, high-frequency plasma decomposition of hydrocarbon gas, direct current glow discharge in hydrocarbon gas, and coaxial ξ using methane gas.
They are produced by a variety of vacuum deposition methods, including russ plasma acceleration, vacuum arc deposition using a graphite cathode, ion beam deposition using argon and hydrocarbon fragment ions, and deposition using a pure carbon ion beam. However, this film is typically prepared using sputtering.

電子ビーム蒸着、及びプラズマ蒸着が最も便利な方法で
ある。炭1ヒ水素のような水素を含有する出発物質の分
解によってつくられる場合には、炭素フィルムは典型的
に可成りの量の水素を含有する。
Electron beam evaporation and plasma evaporation are the most convenient methods. When made by decomposition of a hydrogen-containing starting material such as carbon-arsenide, carbon films typically contain significant amounts of hydrogen.

上記の炭素フィルムは非常に硬(、そして典型的には約
6のモース硬度、低暗導電率、及び高絶縁耐力を有する
。さらに、このフィルムの光学的禁制帯幅は、予備条件
によって1 eVよりも低い値から2.5evよりも高
い値まで変動させることができる。このフィルム中の炭
素は、黒鉛と異なりダイヤモンド伏又は無定形と科学文
献に記載され℃いる。本発明の目的に対して、真空蒸着
法によってつくられるすべての木質的に非黒鉛性の炭素
を以後無定形炭素と呼ぶ。
The carbon film described above is very hard (and typically has a Mohs hardness of about 6, low dark conductivity, and high dielectric strength. Furthermore, the optical bandgap of this film is 1 eV depending on the preconditions. The carbon in this film is described in the scientific literature as diamond-like or amorphous, unlike graphite.For the purposes of this invention All woody non-graphitic carbon produced by vacuum evaporation is hereinafter referred to as amorphous carbon.

X線回折、電子検鏡、及び電子線回折のような方法を用
いた幾多の研究は、真空蒸着法によつ℃つくられる炭素
が本質的に無定形の性質であることを証明した。すぐれ
た導電体である黒鉛状炭素と異なり、無定形炭素は、温
度の上昇につれて低下する比較的高い抵抗率を有する半
導体である。
Numerous studies using methods such as X-ray diffraction, electron microscopy, and electron beam diffraction have demonstrated that the carbon produced by vacuum evaporation is essentially amorphous in nature. Unlike graphitic carbon, which is an excellent electrical conductor, amorphous carbon is a semiconductor with a relatively high resistivity that decreases with increasing temperature.

最後に、無定形炭素は赤色及び赤外線に対して本質的に
透過性であるが、一方黒鉛状炭素はそうではない。これ
らの性質は、無定形炭素中の可成りの部分の炭素原子が
、黒鉛の場合のような三配位ではな(てダイヤモンドの
場合のように四配位であることを示唆している。
Finally, amorphous carbon is essentially transparent to red and infrared radiation, whereas graphitic carbon is not. These properties suggest that a significant proportion of the carbon atoms in amorphous carbon are not three-coordinated, as in graphite, but four-coordinated, as in diamond.

種々の硫黄含有有機モノマーのグロー放電で開始される
重合がエイ・プラドレ−(A、 Bradley)及び
ピー・ハメス(P、HammeS )によって述べらt
1℃いる(: J 、Electrochem、 So
c、 、 Vol、 110 。
Glow discharge initiated polymerization of various sulfur-containing organic monomers was described by A. Bradley and P. Hamme S.
1℃ (: J, Electrochem, So
c, , Vol. 110.

pp15−22及び543−548(1963))、記
載されているモノマーはチオユリア、チアントレン。
pp 15-22 and 543-548 (1963)), the monomers listed are thiourea, thianthrene.

チオアセトアミド、及びチオフェンを含み1重合は超音
波周波数領域(10乃至50キロヘルツ)の交流電圧を
用い、比較的高圧(約1トル)下で行われた。チオアセ
トアミド及びチアントレンの重合から得られたフィルム
はわずかな光導電率を有すると報告された[ J、E1
8CtrOCh8m、 Soc、 。
One polymerization involving thioacetamide and thiophene was carried out under relatively high pressure (approximately 1 torr) using an alternating current voltage in the ultrasonic frequency range (10 to 50 kilohertz). Films obtained from polymerization of thioacetamide and thianthrene were reported to have negligible photoconductivity [J, E1
8CtrOCh8m, Soc, .

Vol、110.543(1963)]。より明確には
Vol. 110.543 (1963)]. More specifically.

チアントレン及びチオアセトアミドから得られたポリマ
ーの光導電率(著者によって示された強度依存関係を用
いて90ミリワツ) 7cm2  の入射光強度に補正
〕対暗導電率の比はそれぞれわずかに168及び250
であった。
The photoconductivity (corrected to an incident light intensity of 7 cm2) of the polymers obtained from thianthrene and thioacetamide (90 mW using the intensity dependence shown by the authors) to dark conductivity ratio is only 168 and 250, respectively.
Met.

二硫化炭素(C82)のグロー放電で開始される重合が
浅野氏によって述べられた[ Jap、J、Appl。
Polymerization initiated by glow discharge of carbon disulfide (C82) was described by Asano [Jap, J, Appl.

Phys、 、 Vol、 22.1618−1622
 (1983)]。
Phys, Vol. 22.1618-1622
(1983)].

浅野氏によって述べられた重合は、13.56メガヘル
ツで作動する高周波発生器により持続されたグロー放電
中で約2 X 10”2乃至約6 X 10−2トルの
範囲の圧力で行われた。得られたM +7−r−中の硫
黄対炭素比(S/C)は高周波出力及び幕板温度の函数
であって、0.16から14に変動した。
The polymerizations described by Mr. Asano were carried out at pressures ranging from about 2 x 10"2 to about 6 x 10"2 Torr in a glow discharge sustained by a high frequency generator operating at 13.56 MHz. The sulfur-to-carbon ratio (S/C) in the resulting M+7-r- was a function of RF power and curtain temperature and varied from 0.16 to 14.

サラニ、そのフィルムは光導電性であることが認め1−
1t′1だ。より明確には、4.0のS/C値を有する
ポリマーの場合に光導電率(著者によって示された強度
依存関係を用いて90ミリヲット/傭20入射光強度に
補正)対暗導電率の比は1429であった。S/C値が
低くなると、この光導電率対暗導電率の比は減少し、S
/C値が1.8のときに237という値に達すると報告
された。
Sarani, whose film was found to be photoconductive1-
It's 1t'1. More specifically, for a polymer with an S/C value of 4.0, the photoconductivity (corrected to an incident light intensity of 90 milliwatts/min using the intensity dependence presented by the authors) versus dark conductivity. The ratio was 1429. As the S/C value decreases, this photoconductivity to dark conductivity ratio decreases and S
It was reported that a value of 237 was reached when the /C value was 1.8.

(発明の要約) 本発明は少くとも1種類の炭化水素及び少くとも1つの
硫黄源よりなるガス混合物中でプラズマグロー放[によ
る蒸着によってつくられるWc 黄及び水素のドープさ
れた無定形炭素に関する。生成したドープされた無定形
炭素は光導電性であり。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to Wc yellow and hydrogen doped amorphous carbon made by plasma glow deposition in a gas mixture consisting of at least one hydrocarbon and at least one sulfur source. The resulting doped amorphous carbon is photoconductive.

そしてたとえば、電子写真法における光導を性素子とし
て用いるの忙適している。
For example, light guides in electrophotography are often used as electromagnetic elements.

′本発明の1つの態様は、少くとも1種類の炭化水素及
び少くとも1つの硫黄源よりなるガス混合物中でプラズ
マグロー放11cKよりドープされた無定形炭素を蒸着
させることよりなる方法によってつくられる硫黄及び水
素のドープされた無定形炭素である。
'One embodiment of the invention is made by a method comprising depositing doped amorphous carbon by plasma glow radiation at 11 cK in a gas mixture consisting of at least one hydrocarbon and at least one sulfur source. It is amorphous carbon doped with sulfur and hydrogen.

本発明の他の態様は、(a)少くとも1種類の炭化水素
及び少くとも1つの硫黄源よりなるガス混合物中でプラ
ズマグロー放電を開始すること;及びlbl該プラズマ
グロー放電によりドープされた無定形炭素を基板上に蒸
着させることよりなる硫黄及び水素のドープさ4た無定
形炭素の調製方法である。
Other aspects of the invention include (a) initiating a plasma glow discharge in a gas mixture comprising at least one hydrocarbon and at least one sulfur source; and lbl doped by the plasma glow discharge. A method for preparing amorphous carbon doped with sulfur and hydrogen comprises depositing amorphous carbon onto a substrate.

本発明の1つの目的は、新規な感光性物質を提供するこ
とである。
One objective of the present invention is to provide a new photosensitive material.

本発明の別の目的は、電子写真法において感光性素子と
して用いることができる新規な物質を提供することであ
る。
Another object of the invention is to provide new materials that can be used as photosensitive elements in electrophotography.

本発明の他の目的は、硫黄及び水素のドーグされた無定
形炭素の新規な製造方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a new method for producing sulfur and hydrogen doped amorphous carbon.

本発明のさらに他の目的は、無定形炭素物質として以前
に報告されたいかなるものにも勝る光導電性を有する硫
黄及び水素のドープされた無定形炭素を提供することで
ある。
Yet another object of the present invention is to provide a sulfur and hydrogen doped amorphous carbon having photoconductivity superior to anything previously reported for amorphous carbon materials.

(発明の詳細な説明) 本発明者等は優4た光導電性を有する硫黄及び水素のド
ープさjた無定形炭素を発見した。この物質は、1種類
の炭化水素及び1つの硫黄含有物質よりなるガス混合物
中で開始されそして持続されるプラズマグロー放電によ
り蒸着される。この発明の方法は少くとも2つの別個の
出発物質の使用が必要である。゛すなわち、(a)硫黄
が存在しない炭化水素、及び(b)ここで硫黄源と呼ぶ
硫黄含有物質である。これらの2つの出発物質を使用す
る結果として、ガス混合物中の硫黄源の分圧を単に変え
るだけで、ドープされた無定形炭素の硫黄含量を変える
ことができる。さらに、水素のドーピング量を調節し、
無定形炭素生成物の性質を最適のものとするために炭化
水素出発物質を単独に選ぶことができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present inventors have discovered amorphous carbon doped with sulfur and hydrogen that has excellent photoconductivity. This material is deposited by a plasma glow discharge initiated and sustained in a gas mixture of one hydrocarbon and one sulfur-containing material. The process of this invention requires the use of at least two separate starting materials. (a) sulfur-free hydrocarbons; and (b) sulfur-containing materials, referred to herein as sulfur sources. As a result of using these two starting materials, the sulfur content of the doped amorphous carbon can be varied simply by varying the partial pressure of the sulfur source in the gas mixture. Furthermore, by adjusting the amount of hydrogen doping,
The hydrocarbon starting material can be chosen individually to optimize the properties of the amorphous carbon product.

本発明の実施に用いるのに適当な硫黄源は、硫黄を含有
するすべての揮発性有機及び無機物質を含む。いうまで
もなく、硫黄源は1本発明に従ってプラズマグロー放電
を受けるガス混合物の形成に用いられるだけの揮発性で
なければならないことは理解されよう。望ましくは1選
ばれた操作温度における硫黄源の蒸気圧は少くとも約o
、ooiトルであるべきである。しかし、取扱いの問題
をできる限り少くするために、硫黄源は気体であるのが
好ましい。有機の硫黄含有化合物は硫黄源として用いる
のに適当ではあるが、1つ以上の硫黄を含まない炭化水
素出発物質から全炭素含量を与えることKよって、ドー
プされた無定形炭素生成物に勝るよりすぐれた制御が通
常得られるので。
Sources of sulfur suitable for use in the practice of this invention include all volatile organic and inorganic materials containing sulfur. It will be appreciated, of course, that the sulfur source must be sufficiently volatile to be used in forming the gas mixture that undergoes the plasma glow discharge in accordance with the present invention. Desirably the vapor pressure of the sulfur source at a selected operating temperature is at least about
, ooit should be true. However, in order to minimize handling problems, it is preferred that the sulfur source is a gas. Although organic sulfur-containing compounds are suitable for use as sulfur sources, providing the total carbon content from one or more sulfur-free hydrocarbon starting materials is less advantageous than doped amorphous carbon products. Because excellent control is usually obtained.

硫黄含有有機化合物は望ましくはない。揮発性の無機硫
黄化合物が好適な硫黄源であり、そしてさらに好適には
硫黄源は硫化水素及び六フッ化硫黄よりなる群から選ば
れる。
Sulfur-containing organic compounds are undesirable. Volatile inorganic sulfur compounds are preferred sulfur sources, and more preferably the sulfur source is selected from the group consisting of hydrogen sulfide and sulfur hexafluoride.

本発明の実施に用いるのに適当な炭化水素はすべての揮
発性炭化水素を含む。いうまでもなく。
Hydrocarbons suitable for use in the practice of this invention include all volatile hydrocarbons. Needless to say.

炭化水素は炭素と水素のみを含む化合物であることは理
解されよう。適当な炭化水素は1本発明によりプラズマ
グロー放電を受けるガス混合物の形成に用いl−14る
だけの揮発性でなければならない。
It will be appreciated that hydrocarbons are compounds containing only carbon and hydrogen. Suitable hydrocarbons used to form the gas mixture subjected to the plasma glow discharge according to the present invention must be as volatile as 1-14.

望ましくは1選ばれた操作温度における炭化水素の蒸気
圧が少くとも約0.001)ルであるべきである。しか
し、取扱いの問題をできるだけ少くするために、炭化水
素は気体であるのが好ましい。
Desirably, the vapor pressure of the hydrocarbon at a selected operating temperature should be at least about 0.001) liters. However, in order to minimize handling problems, it is preferred that the hydrocarbon is a gas.

適当な炭イヒ水素はアルカン、アルケン、アルギン。Suitable hydrocarbons are alkanes, alkenes, and algines.

及び芳香族炭イヒ水素を含む。より好適には、炭化水素
はアルカン、アルケン、及びアルギンよりなる群から選
ばれる。適当な炭化水素にメタン、エチレン、及びアセ
チレンがあるが、これに限られるものではない。
and aromatic hydrocarbons. More preferably the hydrocarbon is selected from the group consisting of alkanes, alkenes and algines. Suitable hydrocarbons include, but are not limited to, methane, ethylene, and acetylene.

本発明の実施に用いられるガス混合物は、炭イヒ水素及
び硫黄源に加えて他の成分を含むことができる。たとえ
ば、ガス混合物は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、及びキセノンのような不活性ガスをさらに含む
ことができる。所望の場合には、炭化水素及び硫黄源の
ガス混合物中に。
The gas mixture used in the practice of the present invention can contain other components in addition to the carbonaceous hydrogen and sulfur sources. For example, the gas mixture can further include inert gases such as helium, neon, argon, krypton, and xenon. If desired, in a gas mixture of hydrocarbons and sulfur sources.

硫黄及び水素以外の元素を含むガスを混合することによ
って1本発明の硫黄及び水素のドープさハた無定形炭素
の中に硫黄及び水素以外のドーパント元素を導入させる
こともできる。そのようなガ。
Dopant elements other than sulfur and hydrogen can also be introduced into the sulfur- and hydrogen-doped amorphous carbon of the present invention by mixing gases containing elements other than sulfur and hydrogen. Such a moth.

スにはホウ素と水素の両者を与えることができるB2H
6,及びリンと水素の両者を与えることができるPH3
があるが、こtllc限定さtするものではない。本発
明の好適な実施態様は水素をさらに含むガス混合物の使
用を包含するものである。この水素ガスの付加的な使用
は、ガス混合物中の水素の分圧を単に変えるだけでドー
プされた無定形炭素生成物の水素含量の変動を可能にす
る。
B2H can provide both boron and hydrogen.
6, and PH3 which can give both phosphorus and hydrogen
However, it is not limited to this tllc. A preferred embodiment of the invention includes the use of a gas mixture that further includes hydrogen. This additional use of hydrogen gas allows variation of the hydrogen content of the doped amorphous carbon product by simply changing the partial pressure of hydrogen in the gas mixture.

本発明に用いられるガス混合物の組成は、望ましくは、
約0.1乃至約2.0の範囲にある水素対炭素の原子比
、及び約0.005乃至約0.20の範囲にある硫黄対
炭素の原子比を含む硫黄及び水素のドープされた無定形
炭素を与えるように調整される。しかし、より好適には
、ガス混合物の組成は。
The composition of the gas mixture used in the invention is preferably:
A sulfur and hydrogen doped mineral having a hydrogen to carbon atomic ratio ranging from about 0.1 to about 2.0 and a sulfur to carbon atomic ratio ranging from about 0.005 to about 0.20. Adjusted to give fixed carbon. However, more preferably the composition of the gas mixture is.

約0.5乃至約1.5の範囲にある水素対炭素の原子比
及び約0.01乃至約0.05の範囲にある硫黄対炭素
の原子比を有するドープされた無定形炭素を与えるよう
にpA整される。
to provide a doped amorphous carbon having a hydrogen to carbon atomic ratio ranging from about 0.5 to about 1.5 and a sulfur to carbon atomic ratio ranging from about 0.01 to about 0.05. The pA is adjusted to

多数の適当な炭イヒ水素及び硫黄源により、そして水素
ガスはグロー放電を受けるガス混合物の1成分としても
用いることができるので、この混合物の成分の正確な同
定及び比率は、特定量の硫黄及び水素ドーパント原子を
含む無定形炭素をつくるように経験的に調整されなげれ
ばならない。たトエば、アセチレン(C2H2)のよう
な水素に乏しい炭化水素は水素含量の少ないドープさ4
た無定形炭素をつくるために用いることができ、メタン
(OH,)のような水素に富む炭化水素は、比較的高水
素含量を含むドープさ4た無定形炭素をつくろのに有利
に用いろことができる。所望の場合には、水素はドープ
された無定形炭素生成物の水素含量を高めるためにガス
混合物中の1成分として用いることもできる。たとえば
、水素をアセチレンのような水素に乏しい炭化水素に混
ぜ℃アセチレン単独使用によって可能であるよりもさら
に高い水素含量を有する生成物をつくることができる。
Because there are many suitable carbon-hydrogen and sulfur sources, and because hydrogen gas can also be used as a component of the gas mixture that undergoes the glow discharge, the precise identification and proportions of the components of this mixture depend on the specific amounts of sulfur and sulfur. It must be empirically tailored to create an amorphous carbon containing hydrogen dopant atoms. For example, hydrogen-poor hydrocarbons such as acetylene (C2H2) are doped with low hydrogen content.
Hydrogen-rich hydrocarbons such as methane (OH) can be used advantageously to make doped amorphous carbons containing relatively high hydrogen contents. be able to. If desired, hydrogen can also be used as a component in the gas mixture to increase the hydrogen content of the doped amorphous carbon product. For example, hydrogen can be mixed with a hydrogen-poor hydrocarbon such as acetylene to create a product with an even higher hydrogen content than is possible by using acetylene alone.

水素が炭素のいずれか、又はその両者を含む硫黄源の使
用は、生成物中の水素対炭素の比以上の付加的な調整を
可能にする。たとえば、硫黄源としての硫化水素の使用
は無定形炭素生成物に対して水素ドーパント源を与える
。同様に、メチルメルカプタンのような炭素及び水素を
含有する硫黄源は、炭素及び水素両者の源であり、従っ
て、ドープされた無定形炭素生成物中の水素対炭素の比
に影響を与えるであろう。しかし、比較的少量の硫黄ド
ーパント源トいるので、硫黄源からの水素及び/又は炭
素のなんらかの寄与は通常少ないであろう。所望の場合
には、六フッ化硫黄のような炭素も水素も有しない硫黄
源を用いることが・できる。
The use of a sulfur source containing either hydrogen and carbon, or both, allows for additional control over the hydrogen to carbon ratio in the product. For example, the use of hydrogen sulfide as a sulfur source provides a hydrogen dopant source for the amorphous carbon product. Similarly, carbon- and hydrogen-containing sulfur sources such as methyl mercaptan are a source of both carbon and hydrogen and therefore may influence the hydrogen-to-carbon ratio in the doped amorphous carbon product. Dew. However, since there is a relatively small amount of sulfur dopant source, any contribution of hydrogen and/or carbon from the sulfur source will usually be small. If desired, carbon- and hydrogen-free sulfur sources such as sulfur hexafluoride can be used.

本発明のドープされた無定形炭素の硫黄含量は。The sulfur content of the doped amorphous carbon of the present invention is:

適当な硫黄源の経験的な選択及びガス混合物中の硫黄源
の分圧の経験的な調整によって調節することができる。
It can be adjusted by empirical selection of a suitable sulfur source and empirical adjustment of the partial pressure of the sulfur source in the gas mixture.

いうまでもなく1本発明のドープされた無定形炭素生成
物に硫黄含量を与えるという点で成る硫黄源が他のもの
よりも有効であるということは理解されよう。
It will of course be appreciated that some sulfur sources are more effective than others in providing sulfur content to the doped amorphous carbon products of the present invention.

本発明のプラズマグロー放電は、約1ヘルツ乃至マイク
ロ波周波数(最高約10ギガヘルツ)の範囲内の任意の
周波数を有する直流電圧か又は交流電圧を用いて持続さ
せることができる。しかし。
The plasma glow discharge of the present invention can be sustained using a DC voltage or an AC voltage having any frequency within the range of about 1 Hertz to microwave frequencies (up to about 10 GHz). but.

約13.56メガヘルツの周波数を有する交流電圧の使
用が便利である。その理由はこの周波数で操作するよう
に設計され℃いる装置の商業的入手容易性による。本発
明の実施においてプラズマグロー放電を受けるガス混合
物は約0.001乃至約1トルの範囲の圧力にあるのが
望ましく、そして約0、005乃至約0.5トルの範囲
の圧力が好適である。
It is convenient to use an alternating current voltage having a frequency of about 13.56 MHz. The reason for this is the commercial availability of equipment designed to operate at this frequency. Desirably, the gas mixture subjected to the plasma glow discharge in the practice of the present invention is at a pressure in the range of about 0.001 to about 1 Torr, and preferably in the range of about 0,005 to about 0.5 Torr. .

本発明の硫黄及び水素のドープされた無定形炭素は基板
上にフィルムとして蒸着させるのが便利である。しかし
、この基板の厳密な性質は重要ではない。実際に、基板
の種類は通常フィルムの意図する用途により又は便利性
及び利用可能性の理由によって指示されるであろう。し
かし、基板は七の上に形成されるフィルムに対して比較
的不活性でなければならないということは理解されよう
The sulfur and hydrogen doped amorphous carbon of the present invention is conveniently deposited as a film on a substrate. However, the exact nature of this substrate is not important. In fact, the type of substrate will usually be dictated by the intended use of the film or for reasons of convenience and availability. However, it will be appreciated that the substrate must be relatively inert to the film formed thereon.

適当な基板にはガラス、溶融石英、結晶性シリコン、無
定形シリコン、ビスフェノールAとホスゲンとを反応さ
せてつくった熱可塑性炭酸エステル結合ポリマー、アル
ミニウム、及びステンレススチールがあるが、これに限
定されるものではない、所望の場合には、蒸着プロセス
中に基板を加熱又は冷却させることができる。
Suitable substrates include, but are not limited to, glass, fused silica, crystalline silicon, amorphous silicon, thermoplastic carbonate-bonded polymers made by reacting bisphenol A and phosgene, aluminum, and stainless steel. If desired, the substrate can be heated or cooled during the deposition process.

第1図は1本発明の硫黄及び水素のドープされた無定形
炭素の装造用の誘導結合プラズマ反応器の使用を概略的
に示す。本発明のドープされた無定形炭素で被覆される
べき基板1及び2は反応室3内の絶縁支持体(図示せず
)の上に置かれ1反芯室3のアク上スト9ア4は密閉さ
れている。つぎに、真空ポンプ8の作動によって管路5
.排気弁6、及び管路7を通つ℃ガスを除去することに
より反応室3は真空にされる。炭化水素ガスは貯蔵ボン
ベ9から管路10.計量弁11.管路12を通って混合
マニホルド13に入る。同様に、硫黄源は貯蔵ボンベ1
4から、管路15.計量弁16゜管路17を通って混合
マニホルド13に入る。必要な場合には、水素のような
付加的ガスが貯蔵ボンば18から、管路19.計量弁2
0.及び管路21を通り混合マニホルド13に送1−1
t′lてガス混合物に混合されることができる5種々の
ガスが混合マニホルド13の中で混合され1次いで分配
マニホルド22により反応室3に通される。種々のガス
の比率は計量弁11.16及び20によりそれぞれの流
量を調整することによって調節される。
FIG. 1 schematically illustrates the use of an inductively coupled plasma reactor for the deposition of sulfur and hydrogen doped amorphous carbon according to the present invention. The substrates 1 and 2 to be coated with the doped amorphous carbon of the present invention are placed on an insulating support (not shown) in the reaction chamber 3, It is sealed. Next, by operating the vacuum pump 8, the pipe line 5
.. The reaction chamber 3 is evacuated by removing the °C gas through the exhaust valve 6 and the line 7. Hydrocarbon gas flows from storage cylinder 9 to pipe 10. Metering valve 11. It enters mixing manifold 13 through line 12. Similarly, the sulfur source is stored in storage cylinder 1.
4 to conduit 15. Metering valve 16 enters mixing manifold 13 through line 17. If required, additional gas, such as hydrogen, can be supplied from storage bomb 18 to line 19. Metering valve 2
0. and is sent to the mixing manifold 13 through the conduit 21 1-1
Five different gases, which can be mixed into a gas mixture at t'l, are mixed in a mixing manifold 13 and then passed to the reaction chamber 3 by a distribution manifold 22. The proportions of the various gases are adjusted by adjusting their respective flow rates via metering valves 11, 16 and 20.

反応室3内の圧力は圧力計23によって監視さ1゜計量
弁11.16.及び20並びに排気弁6によつ℃調節さ
れる。所望゛のガス流が得られたとき。
The pressure in the reaction chamber 3 is monitored by a pressure gauge 23 and a 1° metering valve 11.16. and 20 and the exhaust valve 6. When the desired gas flow is obtained.

高周波電源25を入j、望みの出力v、(ルに調整し、
そしてインピーダンス整合回路網26を調整することに
より高周波コイル24からの反射電力量を最小限にする
ことによって高周波コイル24を付勢する。所要の厚さ
の硫黄及び水素のドープさiた無定形炭素フィルムが基
板1及び2の上に蒸着された後で、無線周波電源25を
切り、計量弁11.1(S及び20を閉じ1反応室6を
真空にする。つぎに1反応室6にアルゴンのような適当
なガスを満たし、アクセスドア4を開いて、被覆さ4だ
基板1及び2を取り出す。
Turn on the high frequency power supply 25, adjust the desired output to
The high frequency coil 24 is then energized by adjusting the impedance matching network 26 to minimize the amount of power reflected from the high frequency coil 24. After the sulfur- and hydrogen-doped amorphous carbon film of the required thickness has been deposited on the substrates 1 and 2, the radio frequency power supply 25 is switched off and the metering valves 11.1 (S and 20 are closed). The reaction chamber 6 is evacuated. One reaction chamber 6 is then filled with a suitable gas such as argon, the access door 4 is opened, and the coated substrates 1 and 2 are removed.

第2図は1本発明の硫黄及び水素のドープされた無定形
炭素製造用の容量結合プラズマ反応器の使用を概略的に
示す。本発明のドープさ名た無定形炭素で被覆されるべ
き基板51及び52は反応室54の下部に配置さ4るが
反応室54とは゛電気的に隔離されている下部電極56
の上に置かわる。
FIG. 2 schematically illustrates the use of a capacitively coupled plasma reactor for the production of sulfur and hydrogen doped amorphous carbon of the present invention. The substrates 51 and 52 to be coated with the doped amorphous carbon of the present invention are placed in the lower part of the reaction chamber 54, but the lower electrode 56 is electrically isolated from the reaction chamber 54.
placed on top of

つぎに1反応室54のアクセスドア55を密封する、下
部電極56の直上に配置される上部電極56はアクセス
ドア了55から懸垂さねているが、アクセスドア55と
は電気的に隔離さ4でいる。必要な場合には、加温下で
のドープされた無定形炭素の蒸着を可能にするために抵
抗型ヒーターによって下部電極56及び基板51並びに
52を加熱することができる。アクセスドア55を密封
後、真空ポンプ58の作動により管路58.排気弁59
及び管路60を経てゲスを除去することによって反応室
54を真空にする。炭化水素ガスは貯蔵ボンベ62から
管路63.計量弁64.及び管路65を経て混合マニホ
ルド66に通さ4る。同様に。
Next, an upper electrode 56 disposed directly above the lower electrode 56 that seals the access door 55 of one reaction chamber 54 is suspended from the access door 55, but is electrically isolated from the access door 55. I'm here. If necessary, lower electrode 56 and substrates 51 and 52 can be heated by a resistive heater to enable deposition of doped amorphous carbon under elevated temperatures. After sealing the access door 55, the vacuum pump 58 is activated to open the pipe line 58. Exhaust valve 59
A vacuum is applied to the reaction chamber 54 by removing the gas via the conduit 60 and conduit 60 . Hydrocarbon gas flows from storage cylinder 62 to conduit 63. Metering valve 64. and through line 65 to mixing manifold 66 . Similarly.

硫黄源は貯蔵ボンベ67から管路68.計量弁69゜及
び管路70を経て混合マニホルド966に通される。必
要な場合には、水素のような付加的ガスを。
The sulfur source is from the storage cylinder 67 to the pipe 68. It passes through metering valve 69° and line 70 to mixing manifold 966. Additional gases such as hydrogen if required.

貯蔵ボンベ71かち、管路72、計量弁76及び管路7
4を経て混合マニホルド66に通すことによってガス混
合物中に混合することができる。種々のガスが混合マニ
ホルド66の中で混合され。
71 storage cylinders, pipe line 72, metering valve 76 and pipe line 7
4 and into a mixing manifold 66. The various gases are mixed in a mixing manifold 66.

ついで分配マニホルド975によって反応室54に通さ
れる。種々のガスの比率は計量弁64.69及び76に
よりそ4ぞれの流量を調整することによって調節さfす
る。反応室54内の圧力は圧力計76によって監視され
、計量弁64.69及び76並びに排気弁59によって
調節される。基板51及び52が所要の蒸着温度に達し
、所要のガスフローが反応室54内に得ろねた時、高周
波電源77を入れ、所要の出方レベルに調整し、そして
インピーダンス整合回路網78を調整することにより上
部電極56からの反射電力量を最小限にすることによっ
て、上部電極56を付勢する。下部電極53は大地79
に接地され、そして上部電極56はコンデンサ8oによ
って高周波電源77及びインピーダンス整合回路網78
から隔離さjている。
It is then passed to reaction chamber 54 by distribution manifold 975. The proportions of the various gases are adjusted by adjusting their respective flow rates through metering valves 64, 69 and 76. The pressure in reaction chamber 54 is monitored by pressure gauge 76 and regulated by metering valves 64, 69 and 76 and exhaust valve 59. When the substrates 51 and 52 reach the required deposition temperature and the required gas flow is not obtained in the reaction chamber 54, the high frequency power supply 77 is turned on and adjusted to the required output level, and the impedance matching network 78 is adjusted. This energizes the upper electrode 56 by minimizing the amount of power reflected from the upper electrode 56. The lower electrode 53 is connected to the ground 79
and the upper electrode 56 is connected to a high frequency power source 77 and an impedance matching network 78 by a capacitor 8o.
I am isolated from the world.

電力を供給された上部電極56を陰極と呼ぶ。その理由
は上部電極56は、逆に陽極と呼ぶ接地さ4た下部電極
53に対して負の自己バイアスを生じるからである。必
要な場合には、下部の基板支持電極56が電力を与えら
れそして1部電極56が接地されるように電極への電力
供給を逆にすることができる。しかし、陰極は陽極が受
けるよりも遥かに活性度の高いイオンによるボンバード
9を受け、そしてこねは蒸着されるフィルムの厳密な性
質に影響を及ぼす。所要の厚さのドープされた無定形炭
素フィルムが基板51及び52の上に蒸着された後で、
高周波電源77を切り、計量弁6469及び73を閉じ
、そして反応室54を真空にする。つぎに反応室54に
アルゴンのような適当なガスを満たし、アクセスドア5
5を開き、そして被覆された基板51及び52を取り出
す。
The powered upper electrode 56 is called the cathode. This is because the upper electrode 56 generates a negative self-bias with respect to the grounded lower electrode 53, which is called an anode. If desired, the power supply to the electrodes can be reversed so that the lower substrate support electrode 56 is powered and a portion of the electrode 56 is grounded. However, the cathode undergoes a much more active bombardment 9 of ions than the anode, and the kneading affects the exact nature of the deposited film. After the doped amorphous carbon film of the required thickness is deposited on the substrates 51 and 52,
High frequency power supply 77 is turned off, metering valves 6469 and 73 are closed, and reaction chamber 54 is evacuated. The reaction chamber 54 is then filled with a suitable gas such as argon, and the access door 54 is filled with a suitable gas such as argon.
5 and take out the coated substrates 51 and 52.

以下の実施例は本発明を説明するように意図されただけ
であって1本発明に限定を加えるように解釈すべきでは
ない。
The following examples are only intended to illustrate the invention and should not be construed as limiting the invention.

実施例 1 バルツアーズ(Barzers ) を子ビーム蒸着器
を用イ’−C,コ−= 7ダ(Corning ) 7
059顕微鏡スライドガラスの上にタンタルのフィルム
(厚さ約100オングストローム単位)を蒸着させ。
Example 1 Using a Barzers beam evaporator with Corning 7
A film of tantalum (approximately 100 Angstroms thick) was deposited onto a 059 microscope slide.

次いで該タンクルな白金のフィルム(厚さ約400オン
グストローム単位)でおおうことによって基板を調製し
た。つぎに基板を#1図に示す型式の誘導結合プラズマ
反応系の反応室内に置く。反応室は溶融石英でつくられ
、直径が約20副及び長さが約45cInであった。エ
チレン、水素、及び六フッ化硫黄を、エチレン100ミ
リトル、水素90ミU )ル、及び六7ツ化硫黄10ミ
リトルの反応室内の分圧を生じる流量で反応室内に通し
た。
A substrate was then prepared by covering it with the tanky platinum film (approximately 400 angstroms thick). Next, the substrate is placed in the reaction chamber of an inductively coupled plasma reaction system of the type shown in Figure #1. The reaction chamber was made of fused silica and was about 20 mm in diameter and about 45 cIn in length. Ethylene, hydrogen, and sulfur hexafluoride were passed into the reaction chamber at flow rates that produced partial pressures within the reaction chamber of 100 millitorr of ethylene, 90 millitorr of hydrogen, and 10 millitorr of sulfur hexafluoride.

つぎに、10ワツトの高周波出力を用いて反応室のガス
混合物の中でプラズマグロー放電を開始させ、持続させ
た。100分後にプラズマグロー放電を停止させて、得
られた硫黄及び水素のト9−プさhだ無定形炭素フィル
ムが350 Dオングストローム単位の厚さを有するこ
とを見出した。該フィルム中の硫黄対炭素の原子比は光
電子分光分析法によって0.048であることが認めら
れた。
A plasma glow discharge was then initiated and sustained within the gas mixture of the reaction chamber using 10 watts of radio frequency power. After 100 minutes, the plasma glow discharge was stopped and the resulting sulfur and hydrogen-topped amorphous carbon film was found to have a thickness of 350 D Angstrom units. The atomic ratio of sulfur to carbon in the film was found to be 0.048 by photoelectron spectroscopy.

上記の硫黄及び水素のドープされた無定形炭素フィルム
の表面に電子ビーム蒸着法で薄い、半透明の金属コンタ
クト(60オングストロ一ム単位のタンタルに続き30
オングストロ一ム単位の白金)を蒸着させた。次いで、
該金属蒸着物を電極として用い、ドープさnた無定形炭
素フィルムの導電率及び光導電率を、フィルムの厚さを
通して2ドープされた炭素フィルムの上下の金属蒸着部
の重なりによって定められる0、06cm  の面積に
つい℃測定した。これらの測定の場合にその表面との水
又は他の種の吸着による擬似結果を避けるため妬、一旦
真空にし次いで再びヘリウムを満した溶融石英管内に試
料を置いた。試料は絶縁テフロン取付はブロックによっ
て石英管内に固定され。
A thin, translucent metal contact (60 angstroms of tantalum followed by 30 angstroms of tantalum) was deposited on the surface of the sulfur and hydrogen doped amorphous carbon film by electron beam evaporation.
1 angstrom of platinum) was deposited. Then,
Using the metal deposit as an electrode, the conductivity and photoconductivity of the doped amorphous carbon film are determined by the overlap of the metal deposits above and below the doped carbon film through the thickness of the film. The temperature was measured over an area of 0.6 cm. In order to avoid spurious results due to adsorption of water or other species with its surface in the case of these measurements, the samples were placed in fused silica tubes that were evacuated and then filled with helium again. The sample is fixed inside a quartz tube by an insulating Teflon mounting block.

電位計から試料へ至るすべての導線は完全保護三軸導線
でつくられた。これらの注意は、測定回路内の漏れ電流
を、炭素フィルム内を流れる電流より遥かに下回るよう
に低減させるのに役立った。
All conductors from the electrometer to the sample were made of fully protected triaxial conductors. These precautions helped reduce the leakage current in the measurement circuit to far less than the current flowing in the carbon film.

光導電率測定の場合に、光線を試料上直径約23のスポ
ットに集めるf/1.0の溶融石英光学システムト組合
せた150ワツトのキセノンランプから白色光を試料に
照射した。キセノンランプから出た光線は、照射の間の
試料の加熱を避けるために長さ103の水フィルターを
も通過させた。結果として試料に入射する白色光の強度
は、同じ位置に置かれた熱電気放射計によって測定し約
90ミリワツト/DII2であった。上部の金属電極は
薄く半透明であったので、光導電率はこの電極を通して
ト9−プされた無定形炭素を照射することによって測定
された。
For photoconductivity measurements, the sample was illuminated with white light from a 150 watt xenon lamp coupled with an f/1.0 fused silica optical system that focused the light beam to a spot approximately 23 in diameter on the sample. The light beam from the xenon lamp was also passed through a length 103 water filter to avoid heating the sample during irradiation. The resulting intensity of white light incident on the sample was approximately 90 milliwatts/DII2 as measured by a thermoelectric radiometer placed at the same location. The top metal electrode was thin and translucent, so photoconductivity was measured by shining the topped amorphous carbon through this electrode.

上記の方法を用いて1元導電率は4.7 x 10”オ
ーム−’?+1−’であることが判った。漏t1を流の
問題があるために、暗導電率は正確に測定することがで
きなかったが、 1.5X 10”オーム−”cIn−
1よりも小さいことが見出された。従っ℃、硫黄及び水
素がド−グされた無定形炭素の光導電率比(光導電率対
暗導電率の比)は3)0よりも犬であった。
Using the method described above, the one element conductivity was found to be 4.7 x 10"ohm-'?+1-'.Due to the leakage t1 flow problem, the dark conductivity must be measured accurately. 1.5X 10"ohm-"cIn-
It was found to be less than 1. Therefore, at 3°C, the photoconductivity ratio (ratio of photoconductivity to dark conductivity) of amorphous carbon doped with sulfur and hydrogen was 3) more than 0.

実施例 2 無定形炭素フィルムはいささかの六7ツ化硫黄も含まな
いエチレン及び水素の混合物中でプラズマグロー放電に
よって蒸着され、そし℃エチレン及び水素を各ガスの分
圧が100ミIJ )ルになるような比率で反応室に通
した以外は実施例1に示す方法を繰返した。得らjた水
素がドープされた無定形炭素フィルムは硫黄が存在せず
、4300オングストロ一ム単位の厚さがあった。該フ
ィルムの暗導電率は2 x i □”オーム−’ cr
R−” 、  光導電率ば7 x 10−16オームー
’cIn−’、及び光導電率比は6.5であった。この
結果と実施例1に示す結果との対比は、0.048の硫
黄対炭素の原子比を与えるだけの硫黄でフィルムをドー
ピングすると。
EXAMPLE 2 An amorphous carbon film was deposited by plasma glow discharge in a mixture of ethylene and hydrogen without any sulfur hexatide, and the ethylene and hydrogen were heated to a partial pressure of each gas of 100 μl. The method set forth in Example 1 was repeated, except that the mixture was passed through the reaction chamber at a ratio such that: The resulting hydrogen-doped amorphous carbon film was sulfur-free and 4300 Angstrom units thick. The dark conductivity of the film is 2 x i □”ohm-' cr
R-'', the photoconductivity was 7 x 10-16 ohms 'cIn-', and the photoconductivity ratio was 6.5. Comparison of this result with the results shown in Example 1 shows that the photoconductivity was 0.048. If we dope the film with just enough sulfur to give the atomic ratio of sulfur to carbon.

フィルムの光導電率比は約100倍(3,5に対して3
)0よりも犬)だけ増大することを証明した。
The photoconductivity ratio of the film is about 100 times (3,5 to 3
) was shown to increase by more than 0.

実施例 6 反応室内で、エチレン、水素及び硫黄の分圧がそれぞれ
1[]0.18及び2ミリトルであった以外は実施例1
に示した方法を繰返した。得られた硫黄及び水素のドー
プさjた無定形炭素フィルムは8000オングストロ一
ム単位の厚さ及び0.01の硫黄対炭素の原子比を有し
た。該フィルムの暗導電率は6.5 x 10”オーム
−1(711−’、光導電率は2.3 X 10−13
オーム−’ crn−’ 、及び光導電率比は650で
あった。こiらの結果と実施例1及び2に示す結果との
対比は、ドープさjた無定形炭素の硫黄含量は、使用す
る六フツイヒ硫黄の量の単なる変動によって容易に調節
することができることを証明した。
Example 6 Example 1 except that in the reaction chamber the partial pressures of ethylene, hydrogen and sulfur were 1[]0.18 and 2 millitorr, respectively.
The method described in was repeated. The resulting sulfur and hydrogen doped amorphous carbon film had a thickness of 8000 Angstrom units and a sulfur to carbon atomic ratio of 0.01. The film has a dark conductivity of 6.5 x 10" ohms (711-') and a photoconductivity of 2.3 x 10" ohms.
The ohm-'crn-' and photoconductivity ratio was 650. A contrast between these results and those shown in Examples 1 and 2 shows that the sulfur content of the doped amorphous carbon can be easily adjusted by simple variation in the amount of sulfur used. certified.

実施例 4 アセチレン、水素及び六フッ化硫黄の混合物中でプラズ
マアーク放電によって無定形炭素フィルムを蒸着させた
以外は実施例1に示した方法を繰り返した。これらのガ
スを1反応室内でアセチレン50ミリトル、水素45ミ
リトル及び六フッ化硫黄5ミリトルの分圧を生じる流量
で反応室に通した。得られた硫黄及び水素のドープさj
た無定形炭素フィルムは1500オングストロ一ム単位
の厚さを有した。該フィルムの暗導電率は3.4×10
−17オ一ムー’m−’ 、光導電率は6.5 X 1
0−”オーム−’crn−’、及び光導電率比は190
0であった。
Example 4 The method set forth in Example 1 was repeated except that the amorphous carbon film was deposited by plasma arc discharge in a mixture of acetylene, hydrogen, and sulfur hexafluoride. These gases were passed through the reaction chamber at flow rates that produced partial pressures of 50 mTorr of acetylene, 45 mTorr of hydrogen, and 5 mTorr of sulfur hexafluoride in one reaction chamber. The resulting sulfur and hydrogen doping
The amorphous carbon film had a thickness of 1500 Angstrom units. The dark conductivity of the film is 3.4×10
-17 ohms 'm-', photoconductivity is 6.5 x 1
0-” ohm-’crn-’, and the photoconductivity ratio is 190
It was 0.

実施例 5 ドープされた無定形炭素フィルムがメタン、水素及び六
フッ化硫黄の混合物中でプラズマグロー放電によって蒸
着され、放電させる高周波出力が350ワツトであった
以外は実施例1に示した方法を繰返した。メタン100
ミリトル、水素90ミIJ )ル、及び六フッ化硫黄1
0ミリトルの反応室内の分圧を生じる流量で反応室にガ
スを通した。
Example 5 A doped amorphous carbon film was deposited by plasma glow discharge in a mixture of methane, hydrogen, and sulfur hexafluoride, following the method described in Example 1 except that the RF power of the discharge was 350 watts. repeated. methane 100
mitorr, hydrogen 90 mIJ), and sulfur hexafluoride 1
Gas was passed through the reaction chamber at a flow rate that produced a partial pressure within the reaction chamber of 0 mTorr.

得られた硫黄及び水素のドープされた無定形炭素フィル
ムの与さは3400オングストロ一ム単位。
The resulting sulfur and hydrogen doped amorphous carbon film had a density of 3400 angstrom units.

暗導電率は2.8 X 10”オーム−’ crn−’
 、光導電率は8.5 X 10−12オーム−1cr
It−’ 、及び光導電率比は3000であった。同じ
処理条件で調製された硫黄及び水素のドープされた無定
形炭素の別の試料を燃焼分析にかけ、水素対炭素の原子
比が1.4であることを確認した。
Dark conductivity is 2.8 x 10"ohm-'crn-'
, photoconductivity is 8.5 x 10-12 ohm-1cr
It-' and photoconductivity ratio were 3000. Another sample of sulfur and hydrogen doped amorphous carbon prepared under the same processing conditions was subjected to combustion analysis and the hydrogen to carbon atomic ratio was determined to be 1.4.

実施例 6 プラズマグロー放電を生じさせろ高周波出力が200ワ
ツトで、基板が反応室内のエッチトンネルの中に置かれ
た以外は実施例1に示す方法を繰り返した。エッチトン
ネルは反応室と周軸ではあるが、より小さい直径(約1
2.5crn)を有し1反応室のガス出口に最も近い端
部で円形の端板によつ℃密閉されている1本のアルミニ
ウム管であった。アルミニウム管及び端板は、気相の種
がトンネルに入ることかできる小孔のネットワークが穿
孔されていた。エッチトンネルの導tiアルミニウムは
、トンネル内の電界が本質的にゼロであり。
Example 6 Create a Plasma Glow Discharge The method described in Example 1 was repeated except that the RF power was 200 watts and the substrate was placed in the etch tunnel within the reaction chamber. The etch tunnel is circumferential with the reaction chamber but has a smaller diameter (approximately 1
2.5 crn) and sealed by a circular end plate at the end closest to the gas outlet of one reaction chamber. The aluminum tube and end plates were perforated with a network of small holes that allowed gas phase species to enter the tunnel. Etched tunnel conductive aluminum has essentially zero electric field within the tunnel.

プラズマが主としてトンネルと反応室壁との間の環状領
域に限られるように等電位面として働く。
It acts as an equipotential surface so that the plasma is mainly confined to the annular region between the tunnel and the reaction chamber wall.

これによつ℃プラズマのつくり出す基及びイオンは基板
に到達し℃フィルムを形成することが可能となるが、仮
にプラズマが基板に接触するとすれば形成するであろう
プラズマシースによって恐らく基板内に加速さハたと思
われる活性度の高いイオンによる基板のボンバードは減
少する。
This allows the radicals and ions produced by the °C plasma to reach the substrate and form a °C film, but if the plasma were to come into contact with the substrate, they would probably be accelerated into the substrate by the plasma sheath that would form. The bombardment of the substrate by highly active ions, which are considered to be sacrificial, is reduced.

得られたTy’4を黄及び水素のドープされた無定形炭
素フィルムの厚さは2800オングストロ一ム単位、暗
導電率は3.7 X 10−16オームー’ 、−rn
−’ 、光導電率は2.8x10.−13オーム−’ 
LM−’ 、及び光導電率比は760であった。
The resulting Ty'4 yellow and hydrogen doped amorphous carbon film has a thickness of 2800 angstrom units and a dark conductivity of 3.7 x 10-16 ohm, -rn
-', photoconductivity is 2.8x10. -13 ohm-'
LM-' and photoconductivity ratio were 760.

実施例 7 第2図で示した型式の容量結合プラズマ反応システムを
用いた以外は実施例1に示した方法を繰り返した。プラ
ズマ反応システムはステンレススチール製反応室を用い
た。さらに、電極は15センチの直径及び5センチの相
互間隔を有した。万法も、79ワツトの高周波出力をグ
ロー放電に与え、基板は蒸着の間600℃の温度に保持
され。
Example 7 The method described in Example 1 was repeated except that a capacitively coupled plasma reaction system of the type shown in FIG. 2 was used. The plasma reaction system used a stainless steel reaction chamber. Furthermore, the electrodes had a diameter of 15 cm and a mutual spacing of 5 cm. A high frequency power of 79 watts was applied to the glow discharge, and the substrate was maintained at a temperature of 600° C. during deposition.

蒸着は135分間にわたつ1行われ、そしてドープされ
た無定形炭素フィルムはアセチレン、水素及び硫化水素
の混合物中で放電によつ℃蒸着された点において、実施
例1と異なった。アセチレン30 ミIJ トル、水素
9ミリトル、及び硫化水素1ミリトルの反応室内の分圧
を生じる流量で各ガスを反応室に通した。得られた硫黄
及び水素のドープされた無定形炭素フィルムの厚さは6
000オングストロ一ム単位、暗導電率は5×10  
オーム−’tM−’、光導電率は4.3 x 10−1
3オーム−1crn”、及び光導電率比は860であっ
た。
The deposition differed from Example 1 in that the deposition was carried out for 135 minutes and the doped amorphous carbon film was deposited by electric discharge at 0.degree. C. in a mixture of acetylene, hydrogen and hydrogen sulfide. Each gas was passed through the reaction chamber at a flow rate that resulted in a partial pressure within the reaction chamber of 30 millitorr of acetylene, 9 millitorr of hydrogen, and 1 millitorr of hydrogen sulfide. The thickness of the obtained sulfur and hydrogen doped amorphous carbon film was 6
000 angstrom unit, dark conductivity is 5×10
Ohm-'tM-', photoconductivity is 4.3 x 10-1
3 ohm-1 crn" and the photoconductivity ratio was 860.

実施例 8 アセチレン10ミリトル、水素4.5ミリトル。Example 8 Acetylene 10 mtorr, hydrogen 4.5 mtorr.

及び硫化水素0.5ミリトルの反応室内の分圧を生じる
流量で、各ガスを反応室に通した以外は実施例7に示し
た方法を繰り返した。得られた硫黄及び水素のドープさ
れた無定形炭素フィルムの、厚さは6000オングスト
ロ一ム単位、硫黄対炭素原子比は0.032.暗導電率
は1×10  オーム−1副−1,光導電率は1. I
 X 10−12オーム−’ ff1− ”。
The procedure set forth in Example 7 was repeated except that each gas was passed through the reaction chamber at a flow rate that produced a partial pressure in the reaction chamber of 0.5 mTorr and hydrogen sulfide. The resulting sulfur and hydrogen doped amorphous carbon film had a thickness of 6000 angstrom units and a sulfur to carbon atomic ratio of 0.032. Dark conductivity is 1x10 ohm-1 sub-1, photoconductivity is 1. I
X 10-12 ohms-'ff1-''.

及び光導電率比は1100であった。and photoconductivity ratio was 1100.

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

第1図は1本発明の硫黄及び水素のドープされた無定形
炭素の調製に用いるのに適する誘導結合プラズマ反応器
システムの略図である。 第2図は1本発明の硫黄及び水素のドープされた無定形
炭素の調製に用いるのに適する容量結合プラズマ反応器
システムの略図である。 (外5名) FIG、 2
FIG. 1 is a schematic diagram of an inductively coupled plasma reactor system suitable for use in preparing the sulfur and hydrogen doped amorphous carbon of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a capacitively coupled plasma reactor system suitable for use in preparing the sulfur and hydrogen doped amorphous carbon of the present invention. (5 other people) FIG, 2

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少くとも1種類の炭化水素及び少くとも1つの硫
黄源よりなるガス混合物中でプラズマグロー放電により
硫黄と水素をドープした無定形炭素を蒸着させることよ
りなる方法によつて調製される、硫黄及び水素をドープ
した無定形炭素。
(1) prepared by a method comprising depositing amorphous carbon doped with sulfur and hydrogen by plasma glow discharge in a gas mixture consisting of at least one hydrocarbon and at least one source of sulfur; Amorphous carbon doped with sulfur and hydrogen.
(2)前記ガス混合物が、水素をさらに含有する特許請
求の範囲の第1項に記載のドープされた無定形炭素。
(2) The doped amorphous carbon of claim 1, wherein the gas mixture further contains hydrogen.
(3)前記硫黄源が揮発性無機硫黄化合物よりなる群か
ら選ばれる特許請求の範囲の第1項に記載のドープされ
た無定形炭素。
(3) The doped amorphous carbon of claim 1, wherein the sulfur source is selected from the group consisting of volatile inorganic sulfur compounds.
(4)前記硫黄源が硫化水素及び六フッ化硫黄よりなる
群から選ばれる特許請求の範囲の第1項に記載のドープ
された無定形炭素。
(4) The doped amorphous carbon according to claim 1, wherein the sulfur source is selected from the group consisting of hydrogen sulfide and sulfur hexafluoride.
(5)前記炭化水素がアルカン、アルケン、及びアルギ
ンよりなる群から選ばれる特許請求の範囲の第1項に記
載のドープされた無足形炭素。
(5) The doped anatomical carbon of claim 1, wherein the hydrocarbon is selected from the group consisting of alkanes, alkenes, and algines.
(6)前記炭化水素がメタン、エチレン、及びアセチレ
ンよりなる群から選ばれる特許請求の範囲の第5項に記
載のドープされた無定形炭素。
(6) The doped amorphous carbon according to claim 5, wherein the hydrocarbon is selected from the group consisting of methane, ethylene, and acetylene.
(7)前記ドープされた無定形炭素中に約0.1乃至約
2.0の範囲にある水素対炭素の原子比を与えるように
、前記ガス混合物の組成を調整する特許請求の範囲の第
1項に記載のドープされた無定形炭素。
(7) The composition of the gas mixture is adjusted to provide an atomic ratio of hydrogen to carbon in the doped amorphous carbon ranging from about 0.1 to about 2.0. The doped amorphous carbon according to item 1.
(8)前記ドープされた無定形炭素中に約0.005乃
至約0.20の範囲にある硫黄対炭素の原子比を与える
ように、前記ガス混合物中の硫黄源の量を調整する特許
請求の範囲の第1項に記載のドープされた無定形炭素。
(8) Adjusting the amount of the sulfur source in the gas mixture to provide a sulfur to carbon atomic ratio in the doped amorphous carbon ranging from about 0.005 to about 0.20. The doped amorphous carbon according to claim 1 in the range of .
(9)前記ガス混合物が約0.005乃至約0.5トル
の範囲内の圧力にある特許請求の範囲の第1項に記載の
ドープされた無定形炭素。
9. The doped amorphous carbon of claim 1, wherein said gas mixture is at a pressure within the range of about 0.005 to about 0.5 torr.
(10)(a)少くとも1種類の炭化水素及び少くとも
1つの硫黄源よりなるガス混合物中でプラズマグロー放
電を開始させそして持続させ;及び (b)該プラズマグロー放電によりドープされた無定形
炭素を基板上に蒸着させる; 上記各工程からなる硫黄及び水素をドープした無定形炭
素フィルムの製造方法。
(10) (a) initiating and sustaining a plasma glow discharge in a gas mixture comprising at least one hydrocarbon and at least one sulfur source; and (b) amorphous doped by the plasma glow discharge. Depositing carbon onto a substrate; A method for producing an amorphous carbon film doped with sulfur and hydrogen, comprising the steps described above.
(11)前記ガス混合物が、水素、ヘリウム、及びアル
ゴンよりなる群から選ばれる少くとも1つのガスをさら
に含む特許請求の範囲の第10項に記載の方法。
(11) The method according to claim 10, wherein the gas mixture further includes at least one gas selected from the group consisting of hydrogen, helium, and argon.
(12)前記ガス混合物が水素をさらに含む特許請求の
範囲の第11項に記載の方法。
12. The method of claim 11, wherein the gas mixture further comprises hydrogen.
(13)前記硫黄源が揮発性無機硫黄化合物よりなる群
から選ばれる特許請求の範囲第10項に記載の方法。
(13) The method according to claim 10, wherein the sulfur source is selected from the group consisting of volatile inorganic sulfur compounds.
(14)前記硫黄源が硫化水素及び六フッ化硫黄よりな
る群から選ばれる特許請求の範囲の第13項に記載の方
法。
(14) The method according to claim 13, wherein the sulfur source is selected from the group consisting of hydrogen sulfide and sulfur hexafluoride.
(15)前記炭化水素がアルカン、アルケン、及びアル
ギンよりなる群から選ばれる特許請求の範囲の第10項
に記載の方法。
(15) The method according to claim 10, wherein the hydrocarbon is selected from the group consisting of alkanes, alkenes, and algines.
(16)前記炭化水素がメタン、エチレン、及びアセチ
レンよりなる群から選ばれる特許請求の範囲の第15項
に記載の方法。
(16) The method according to claim 15, wherein the hydrocarbon is selected from the group consisting of methane, ethylene, and acetylene.
(17)前記ガス混合物中の前記硫黄源の量を調整して
約0.005乃至約0.20の範囲内にある硫黄対炭素
の原子比を有するフィルムを与える特許請求の範囲の第
10項に記載の方法。
17. Adjusting the amount of the sulfur source in the gas mixture to provide a film having an atomic ratio of sulfur to carbon within the range of about 0.005 to about 0.20. The method described in.
(18)前記ガス混合物中の硫黄源の量を調整して前記
のドープされた無定形炭素中に約0.005乃至約0.
20の範囲内にある硫黄対炭素の原子比を与える特許請
求の範囲の第10項に記載の方法。
(18) Adjusting the amount of the sulfur source in the gas mixture to form the doped amorphous carbon from about 0.005 to about 0.00.
11. A method according to claim 10, which provides a sulfur to carbon atomic ratio within the range of 20.
(19)前記ガス混合物中の硫黄源の量を調整して、前
記のドープされた無定形炭素中に約0.01乃至約0、
05の範囲内にある硫黄対炭素の原子比を与える特許請
求の範囲の第10項に記載の方法。
(19) adjusting the amount of the sulfur source in the gas mixture so that the amount of sulfur in the doped amorphous carbon is from about 0.01 to about 0;
11. A method according to claim 10 which provides a sulfur to carbon atomic ratio within the range of 0.05.
(20)前記ガス混合物が約0.005乃至約0.5ト
ルの範囲の圧力にある特許請求の範囲の第10項に記載
の方法。
20. The method of claim 10, wherein the gas mixture is at a pressure in the range of about 0.005 to about 0.5 torr.
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