JPWO2005083144A1 - 炭素系薄膜およびその製造方法、ならびにこの薄膜を用いた部材 - Google Patents
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Abstract
Description
a)第2相が第1相よりも単位体積あたり多くのグラファイト構造を含む。
b)第2相の密度が第1相の密度よりも大きい。
c)第2相の電気抵抗率が第1相の電気抵抗率よりも低い。
d)第2相の弾性率が第1相の弾性率以上である。
e)第2相において、グラファイト構造の基底面が膜厚方向に沿って配向している。
f)第2相が第4相よりも単位体積あたり多くのグラファイト構造を含む。
g)第2相の密度が第4相の密度よりも大きい。
h)第2相の電気抵抗率が第4相の電気抵抗率よりも低い。
i)第2相の弾性率が第4相の弾性率よりも大きい。
マグネトロンスパッタリング法を用い、シリコン基板上に膜厚約0.5μmの非晶質炭素系薄膜を形成した。ターゲットとしては焼成グラファイトを用いた。基板温度は室温、雰囲気圧力は2Pa(15mTorr)とした。成膜雰囲気はアルゴンとメタンの混合雰囲気とした。アルゴンとメタンの流量比は8:2に調整した。
成膜雰囲気をアルゴンのみとし、雰囲気圧力を1.33Pa(10mTorr)とした以外は、実施例1と同様にして、非晶質炭素薄膜を形成し、さらに電子線を照射した。この炭素薄膜からも、上記と同様の各測定結果が得られた。ラマン分光法により得られたスペクトルを図6に示す。
マグネトロンスパッタリング法を用い、シリコン基板上に膜厚約0.5μmの非晶質炭素系薄膜を形成した。ターゲットとしては焼成グラファイトを用いた。基板温度は室温、雰囲気圧力は4Paとした。成膜雰囲気はアルゴンとメタンの混合雰囲気とした。アルゴンとメタンの流量比は2:1に調整した。
基板として、アルミノシリケートガラス基板(コーニング社製1737)を用いた以外は、実施例2と同様にして、この基板上に非晶質炭素系薄膜を形成し、さらにこの薄膜に電子線を照射した。
Claims (30)
- 非晶質炭素を含み、膜厚方向に伸長する複数の柱状の第1相と、
グラファイト構造を含み、前記第1相の間に介在する第2相と、を含み、以下のa)〜e)から選ばれる少なくとも1つが成立する炭素系薄膜。
a)前記第2相が前記第1相よりも単位体積あたり多くのグラファイト構造を含む。
b)前記第2相の密度が前記第1相の密度よりも大きい。
c)前記第2相の電気抵抗率が前記第1相の電気抵抗率よりも低い。
d)前記第2相の弾性率が前記第1相の弾性率以上である。
e)前記第2相において、前記グラファイト構造の基底面が膜厚方向に沿って配向している。 - 膜の面内方向において、前記第1相が300nm以下の平均径を有する請求項1に記載の炭素系薄膜。
- 膜の面内方向において、前記第1相から選ばれる隣接する一対の間隔の平均が50nm以下である請求項1に記載の炭素系薄膜。
- 前記第1相の間に前記第2相が網目状に介在する請求項1に記載の炭素系薄膜。
- 水素,窒素,ホウ素およびケイ素から選ばれる少なくとも1つをさらに含有する請求項1に記載の炭素系薄膜。
- 前記第1相および前記第2相を有する第1領域と、
非晶質炭素を含み、膜厚方向に伸長する複数の柱状の第3相と、非晶質炭素を含み、前記第3相の間に介在する第4相とを有する第2領域と、を含み、
以下のf)〜i)から選ばれる少なくとも1つが成立する請求項1に記載の炭素系薄膜。
f)前記第2相が前記第4相よりも単位体積あたり多くのグラファイト構造を含む。
g)前記第2相の密度が前記第4相の密度よりも大きい。
h)前記第2相の電気抵抗率が前記第4相の電気抵抗率よりも低い。
i)前記第2相の弾性率が前記第4相の弾性率よりも大きい。 - 以下のj)〜k)から選ばれる少なくとも1つが成立する請求項6に記載の炭素系薄膜。
j)前記第1領域および前記第2領域から選ばれるいずれか一方の領域が他方の領域に囲まれた柱状領域であり、前記柱状領域の面内方向についての平均径が100nm以上である。
k)前記第1領域および前記第2領域が、第1面内方向について、前記第1面内方向と直交する第2面内方向についての平均径よりも2倍以上の平均径を有し、前記第2面内方向について交互に配置されている。 - 前記第1領域および前記第2領域が帯状に配置された請求項7に記載の炭素系薄膜。
- 前記第1相および前記第2相を有する第1領域と、
非晶質炭素を含み、膜厚方向に伸長する複数の柱状の第3相と、非晶質炭素を含み、前記第3相の間に介在する第4相とを有する第2領域と、を含み、
前記第1領域の波長域600nm〜1100nmにおける光線透過率が前記第2領域の前記波長域における光線透過率よりも低い請求項1に記載の炭素系薄膜。 - 以下のj)〜k)から選ばれる少なくとも1つが成立する請求項9に記載の炭素系薄膜。
j)前記第1領域および前記第2領域から選ばれるいずれか一方の領域が他方の領域に囲まれた柱状領域であり、前記柱状領域の面内方向についての平均径が100nm以上である。
k)前記第1領域および前記第2領域が、第1面内方向について、前記第1面内方向と直交する第2面内方向についての平均径よりも2倍以上の平均径を有し、前記第2面内方向について交互に配置されている。 - 前記第1領域および前記第2領域が帯状に配置された請求項10に記載の炭素系薄膜。
- 膜の厚みをT、膜の面内方向において前記第1相から選ばれる隣接する一対の間隔の平均値をWとして、T/W>10、が成立する請求項1に記載の炭素系薄膜。
- 膜厚方向に伸長する複数の柱状の第1相と、前記第1相の間に介在する第2相とを含む非晶質炭素系薄膜を形成する工程と、
前記非晶質炭素系薄膜にエネルギーを供給することにより少なくとも前記第2相にグラファイト構造を形成する工程と、を含む炭素系薄膜の製造方法。 - 気相合成法により前記非晶質炭素系薄膜を形成する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 基板温度が773K以下という条件A、および雰囲気圧力が1.33Pa以上という条件Bから選ばれる少なくとも一方を満たす物理蒸着法により前記非晶質炭素系薄膜を形成する請求項14に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 水素原子含有ガスおよび窒素原子含有ガスから選ばれる少なくとも一方を含む雰囲気において前記非晶質炭素系薄膜を形成する請求項14に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 電子線を照射することにより前記非晶質炭素系薄膜にエネルギーを供給する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 前記非晶質炭素系薄膜へのエネルギーの供給により、前記第2相において前記第1相におけるよりも単位体積あたり多くのグラファイト構造を形成する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 前記第2相の密度が前記第1相の密度よりも低くなるように前記非晶質炭素系薄膜を形成し、当該非晶質炭素系薄膜へのエネルギーの供給による前記第2相の構造変化を前記第1相の構造変化よりも生じやすくする請求項18に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 前記第2相の密度が前記第1相の密度よりも低くなるように前記非晶質炭素系薄膜を形成し、前記グラファイト構造の形成に伴って前記第2相の密度が前記第1相の密度よりも高くなるように前記非晶質炭素系薄膜にエネルギーを供給する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 以下のa)〜e)から選ばれる少なくとも1つが成立するように、エネルギーを供給する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
a)前記第2相が前記第1相よりも単位体積あたり多くのグラファイト構造を含む。
b)前記第2相の密度が前記第1相の密度よりも大きい。
c)前記第2相の電気抵抗率が前記第1相の電気抵抗率よりも低い。
d)前記第2相の弾性率が前記第1相の弾性率以上である。
e)前記第2相において、前記グラファイト構造の基底面が膜厚方向に沿って配向している。 - 1×1019/cm2・秒以下の強度で電子線を照射することにより、前記非晶質炭素系薄膜にエネルギーを供給する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 前記第1相の間に前記第2相が網目状に介在するように前記非晶質炭素系薄膜を形成する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 前記非晶質炭素系薄膜の一部の領域のみにエネルギーを供給する請求項13に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 前記非晶質炭素系薄膜の表面を部分的にマスキングした状態で前記表面に電子線を照射する請求項24に記載の炭素系薄膜の製造方法。
- 基材と、前記基材の表面に形成された薄膜とを含み、
前記薄膜が、請求項1に記載の炭素系薄膜である部材。 - 前記基材が、金属、半導体、セラミック、ガラスまたは樹脂である請求項26に記載の部材。
- 前記基材と前記薄膜との間に配置された中間膜をさらに含む請求項26に記載の部材。
- 前記薄膜が、他の部材と接触する前記基材の表面に形成された請求項26に記載の部材。
- 摺動部材、成型用金型および電気的接触端子から選ばれる少なくとも1種として利用可能である請求項26に記載の部材。
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