JPS63297208A - 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、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の用途に適する硬質非晶質炭
素膜とその製造方法に関する。

（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
コンピュータ一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、アルミニウム金属板ないしは
、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の化合物または、ネオジシウ
ム、サマリウム、カドリニウム、テルビウムなどの希土
類金属やそれらからなる磁性体を磁気記録媒体として、
塗布法やスパッタ法など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、例えばアルミニウム
粉末と、炭化チタンとの混合粒を板状に成形焼結した焼
結基板上に薄膜状でコ、イルやヨークを形成する薄膜磁
気へ・ソドが高密度磁気記録ヘッドとして採用されつつ
ある、。この磁気ヘッドは、記録媒体に書き込まれた磁
化の向きに応じた磁束の変化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ずけて使用されるも
のである。また磁気ディスクは回転と停止を頻繁に繰返
す。このため磁気ヘッドと磁気ディスク面は互いに接触
・摩擦を繰返し、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、
基板ないしは下地と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掲げられる。膜の硬度は耐磨耗性
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摩擦
時に保護膜が剥離しないため重要で、磁気ディスク媒体
の作製方法によってその表面性状が異なるため、媒体の
表２面性状に合った保護膜材料および作製方法を選択す
ることが必要である。

従来この保護膜としては、厚み８００λ程度の二酸化ケ
イ素（５ｉ０２）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　Ｑ
　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コーティング塗布乾燥後熱
処理する方法やアルゴンと酸素等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５２−９０２８１等に記載されてい
る様な炭素電極を用いた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・ソリッド誌＜Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　　ｏｆ　　Ｎｏｎ　　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　
　５ｏｌｉｄｓ）　　第３５＆３６巻第４３５ページ〜
第４４０ページに記載されているような方法で作られて
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の値は、
５ｉ０２保護膜では２０００ｋｇ／　ｉｎ　２、アルミ
ナでは３０００ｋｇ　／　ｎｍ　２またスパッタ法等に
よるカーボン膜では３ＤＯ［１ｋｇ　／　ｉＩＩ＋”程
度で密着性も良好とはいえなかった。例えば磁気ヘッド
を約１０ｇ程度の荷重で膜表面に押し付は摩擦によるキ
ズの発生を調べる試験方法では、５００ｋｍ程度の走行
距離以内で磨耗キズが発生してしまうという問題があっ
た。

本発明は以上の欠点を改善した高硬度で特にＣｏ−旧−
Ｐ系の磁気記録媒体上に付着せしめ、耐磨耗性および基
体との密着性に優れかつ潤滑性の良好な磁気ディスク表
面保護膜の用途に適する保護膜材料とその製造方法を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は硬度が高く耐磨耗性・密着性に優れた、表面保
護の用途に適する保護膜材料として、水素を含有させた
非晶質炭素膜中に更にシリコンおよびホウ素を答有せし
めたことを特徴とする硬質非晶質炭素膜材料であり、た
とえば直流グロー放電プラズマ気相合成法によっそ該硬
質非晶質炭素膜を製造することができる。

本発明になる硬質非晶質炭素膜は水素（Ｈ２〉中にメタ
ン（ＣＩ”４）ガスを０．１体積％〜５体積％の範囲で
混合した気体を第１図に示す構造の直流グロー放電プラ
ズマ気相合成装置内に導入することで合成する。

第１図において、真空反応槽５内に設置した基板支持台
２上に基板３を設置し、直流電源６によって、側面に設
置した電極１との間に直流電圧を印加できるようにする
。真空反応槽内は０．１　トールから５０ト一ル程度の
真空度に保つため排気装置４によって排気しておく、原
料ガスは、ボンベ８．９．１０および１１内に充填した
ものをガス供給ロアを通して真空反応槽内に導入する。

側面に設置した電極１には正および基板側には負の電位
となるようにして上記圧力範囲にてグロー放電を発生さ
せる。最も強いグロー放電は側面電極１に最も近い部分
で（主放電部１２）で発生するが、−Ｆ記の様な配置と
することで基板上に弱電界のプラズマガスを表面付近に
ほぼ均一な厚みに作ることができる。

原料ガスは水素で希釈した炭化水素ガスを用いシリコン
およびホウ素は、例えばシラン（Ｓｉ”）＋４）および
ジボラン（８２Ｈ６）の形でガス状で混合すれば良い。

図中８．９．１０．１１はそれぞれ炭化水氷、水素、シ
ラン、ジボランのガスボンベを示す。これらの混合ガス
は、上記の基板上に直流グロー放電によって発生した弱
電界プラズマガス中で励起分解やイオン化を起し、直流
電界中で加速を受けて基板表面に付着し、添加元素を均
一に含有した非晶質状態の炭素膜となる。

（作用） 通常メタン等の炭化水素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、炭素の結合を埋めることによ
って非晶質状態を安定化させている構造とされている。

本発明者らは、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閉じるこ
とを意図し鋭意研究を進め、特にＣｏ−Ｎ１−Ｐ系の磁
気記録媒体上で密着性の向上と高硬度化に効果があり、
かつ表面平坦性の良好にできる手法として、金属元素の
添加された膜の合成方法を発明するに至った。

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
や基板媒体元素と保護膜界面での化学結合が形成される
ことによっているものと考えられる。

また、この様な方法を用いると、主放電部分がら離れた
位置でのプラズマを利用するため基板付近の電界強度が
適当な値に制御でき、イオン衝撃等による基板の損傷や
付着した膜のエツチング等の問題がなく、磁気ディスク
保護膜としても実用可能な表面平坦性の極めて良好な膜
が生成でき、また、均一性にも優れたものとできる。

（実施例） 本発明になる硬質非晶質炭素膜の合成には第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
いない側の電極を正極として数百ボルトの電圧を印加し
た。放電電流密度は１＋ｎＡ／ｃｍ２とした。反応ガス
はメタンを用い水素ガスによって、１体積％がら５体積
％になるよう流量で制御した。シリコンは水素で２体積
？６に冷釈したシランガスを用いた。ホウ素は同じく水
素ガスで１体積％に希釈したジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用
いた。

圧力は１トールから１０トールの範囲とし、基体の温度
はほぼ室温とし、約３０分反応させた。

この結果得られた膜は厚み１０００λで均一な干渉色を
呈しており表面平坦性に優れた膜であることを示してい
た。炭素、水素、シリコン、ホウ素はイオンマイクロア
ナライザ、ラザフォード後方散乱法、プロトンリコイル
検出法によって含有量を評価しな。

水素の含有量が２０原子％〜３５原子％、シリコンが１
１００ｐｐ〜１％、ホウ素が５００〜１１０００ｐｐの
ものについて膜硬度を評価した所ビッカース硬度で８０
００〜１１０００ｋｇ／＋ｕ＋２が得られた。この値は
従来の非晶質炭素膜の２〜３＠以上で極めて高硬度で、
しかも基体のＣｏ−Ｎ１−Ｐ系の磁気記録媒体上での密
着性の高い膜であった。またこれらの範囲をはずれたも
のは従来と同等以下の硬度しが得られながった。

（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硬度が
高（、Ｃｏ−Ｎ１−Ｐ系磁気ディスク媒体表面保護の用
途に適する材料として実用上有益である。またこの方法
は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。 第１図において、１は電極、２は電極となるべき基板支
持台、３は基板、４は排気装置、５は真空反応槽、６は
直流電源、７は混合ガスの供給口、８はメタンガスボン
ベ、９は水素ガスボンへ、１゜はシランガスボンベ、１
１はジボランガスボンベをゝ・−２・

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およ
   びホウ素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）特許請求範囲第一項記載の硬質非晶質炭素膜にお
   いて、含有せる水素の量を２０原子％以上３５原子％以
   下、シリコンを１００ｐｐｍ以上１％以下、ホウ素を５
   ００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下とすることを特徴と
   する硬質非晶質炭素膜。