TW318150B - - Google Patents

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318150 經濟部中央橾準局員工消費合作杜印装 A7 ------ B7五、發明説明（1 ) ~ " - 本發明背景本發明領域 本發明係使用似鑽石毫微複合物固態物作爲光學成分之 保濩塗層，尤爲如紅外感應窗等光學透射组件之塗層。 多種裝置使用紅外線感應器或窗以接受訊號作爲其遙端 控制。該感應器常與如飛機及導彈等高速移動裝置連接使 用。這些裝置及其他在高速下移動，使得紅外線感應器保 濩i曝露於相當大熱載及因顆粒衝擊之腐蝕。承受熱再加 上由顆粒撞擊窗所造成之傷害常超過窗承受限度。即使是 最小g氣灰塵顆粒亦會刮傷且長期言亦會相當腐蚀高速移 動物品上光學透射组件。 _ 當多種物質可用以克服如已上述溫度及腐蝕/磨蝕困難 時’選擇亦爲光學透射之合適物質爲受限的。在其上裝置 3 該等光學透射物以在高速移動時接收訊號之需要顯示了特 殊問題，其在該領域中仍未適當地討論解決。 例如製造紅外線透射窗之當今所用已知物質包括硫化鋅 (ZnS) '硒化鋅（ZnSe)、鍺（Ge)、矽（Si)、鑽石、砷化鎵— (GaAs)、磷化鎵（GaP)、熔氧化矽（31〇2)、氮氧化鋁 (A10N)、藍寶石（Al2〇3)、氧化鎂（Mg〇) '尖晶石 (Mg〇-Al2〇3)、立方結晶氧化锆（Ζγ〇2_9 4莫耳％γ2〇3) 乳化鑭接和之氧化乾（Υ2〇3_9% La2〇3) '氧化I乙 (0 3)、混合氟化物玻璃及其他。然而，該等作爲I R窗 之物質常因高速空氣摩擦造成之熱衝擊而損壞。在光學透 射窗因空氣動力加熱外表面而形成物質内溫度梯度，而造 _ -4- 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4規格（2丨〇X297公釐） ----:,---：----NI丨裝丨1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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T 線 3i8j5〇 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（2 ) 成熱導致抗拉應力。例如在飛行迷度超過3馬赫之空對空 飛彈可得變化由約35CTC(在標高1〇公里、3馬赫時）至高於 约20〇〇°C(在海平面、6馬赫時）之停滯溫度。所述較高溫 度’因爲可能化學分解，不包括使用某些在8_12微米波長 範圍操作之物質，包括ZnS、ZnSe、GaP及GaAs。即使 具超卓光學、熱及機械性質之鑽石在高於650溫度之空 氣中仍會石墨化及氧化。 持夂多結晶光學物質氮氧化鋁（A1 ON)只在高至約4微米 之波常具高光學透射係數’其後透·射急速下降。同時， A1 Ο N因預見物質組合物（及由此之折射率）内週期性變化 故具有某些體積光學散射及波前扭曲。藍寶石爲具高強度 及低散射之光學物質。然而，在藍寶石之適合光學透射係 數，限制至波長至4微米。藍寶石之透射係數亦在高溫時 減少，且if加的發射降低了訊號對雜訊之比率（此在ΑΐαΝ 及尖晶石亦發生）。 雖然由氧化釔低於5微米之發射爲可忽略的，然而氧化把 具較差之機械及熱化學性質。在尖晶石、立方結晶氧化锆 、氧化釔、氧化鎂及氧化鑭掺和之氧化釔其可作業之光學 透射係數相似地限制在低於6微米。因此氧化物因而只能 用於約3至5微米之波長範圍，且受高溫性質限制。再者， 大部分物質之體積熱導率約爲7-50瓦/公尺-克氏溫度。 雖然鑽石具有高於其他物質一數量級之熱導率，使用鑽 石作爲IR窗物質可能有許多問題。當ZnS及ZnSe因其在 IR目標區域良好之光學透射係數，最常用作IR窗，這些物 ___ -5- 本紙張AA適用中關家標準（CNS ) ( 21qx_297公釐) ^ I^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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T A7 B7 經濟部中央榡準局員工消費合作杜印束 五、發明説明（3 ) 質爲”軟”的，故因此特別容易受高速顆粒衝擊之高溫腐蝕 惡劣環境之影響。 已嘗試施用以保護光學透射窗物質之保護塗層及膜以増 加窗物質之整體抗蚀性。似鑽石碳（DLC)膜已試實驗作爲 IR窗之保護塗層。參見米提（Mirtich)等氏科技期乱 〇_Vac· 年 11 月 / 12 月份 頁）。然而，DLC膜常需高溫及原子氫澱積，除非使用中介 層，否則此兩者皆會降解基片物質。介於基片及保護塗層 間之物質層（中介層）改善了塗層對基片之黏固性。然而不 幸地，$很難發現補助DLC物質之合適中介層。相反地， 该等中介層在咼溫時亦會剝離再複雜化該程序。 再者，中介層或甚至DLC塗層本身會妨礙常需要之高程 度的光學透射係數。爲有用計，任何用於光學透射窗之保 護塗層或中介層本身必須高度光學可透射。 、 又者，DLC膜典型具很高内應力。缺少足夠高内應力者 禁制了澱積如IR窗塗層常需要之厚、無孔膜。 發明概述 _ ί/依本發明揭示一種防牛光學透射基片腐蝕之方法，其包 括在該由交$所成之似鑽ϋ類製成Ϊ 塗層’該架構包含以氫穩定似鑽石嘆架構 架，及選用-之至少一由含週期表l-7b及8族元素之摻和化 A »/ ^ 1 . 一 s.. ... ..-·. ·.--------- 合物或竺:元製成.之架.楫。 在又一特徵，本發明係指一種由交穿架構所成之似鑽石 物質類製成之抗姓塗層，該物質由，該架構包括第一以氯

請 先 閲 讀 背 面 之 注 再 填 寫 本 頁 裝 1 丁 318150 ΚΙ Β7 發明説明 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 穩足似鑽石碳架構'第二以氧穩定之矽酮架構及随意地至 少一額外由含週期表^^及8族化合物或摻和元素之架構 〇 在本發明又另一特徵爲揭示由光學透射基片及抗蝕塗層 所製成之抗腐蝕物質，該塗層係由一種由交穿架構所成之 似鑽石物質類所製成，該架構包括第一以氫穩定似鑽石碳 架構、第二以氧穩定之矽架構及選用之至少一額外由含週 期表1-7 b-及8族元素之摻和化合物或摻和元素之架構。 圖面簡述. 圖1A-1C爲顯示二-網狀架構（a)、中介質（b)及三-網狀 架構（C)毫微複合物之主要微結構之示意圖。 圖2爲詳述製造複數〇匕仏主要方法之示意圖。 圖3爲詳,述使用反射光束流製造複數DLNs方法之示意圖 〇 圖4爲詳述殿積DLN塗層方法之再示意圖。 圖5 A - 5 F顯示系列圖形表示DLN塗佈及未塗佈樣本磨蝕 試驗之結果。 — 發明詳述 本發明係一種防止光學透射基片腐蝕之方法，其包括在 孩基片上塗用由交穿架構所成之似鑽石物質類製成之塗層 ，孩架構包含以氫穩定似鑽石碳架構、以氧穩定之矽架構 及選用t至少一由含週期表1-71)及8族元素之摻和化合物 或摻和元素製成之架構。 腐蝕意謂因與其他物品物理接觸在表面造成之物理傷害 ：---^----^丨—-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Τ 線 良紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2ΐ〇χΐ97^5~ A7 B7 經濟部中央揉準局負工消费合作社印策 五、發明説明 。對如在武器或其他高速移動的遙端控制之物品地 /衝擊微塵粒可造成顯著可見傷害，其長期妨礙二 其塗層之表現及光學透射係數。 腐蚀對金屬及非金屬基片兩者士爲 令。為破壞力。例如，在固 定及移動兩情況下物品之塑膠及陷咨 及闹瓷表面必須常承受惡劣

環境影響，包括腐蚀。當基片曝霞分yt2 A a曝露於足以負面影響基片表 面之速度顆粒衝擊時，基片受到腐蚀㈣，如物理穿孔或 缺損。該腐姓可在曝料強風固定物上或本身高速移動物 σρ上發生。例如’因高速與如灰塵或麈粒顆粒衝擊，飛機 或飛彈窗户常顯示腐蝕現象。 除了抗腐蚀及高熱穩定外，本發明之抗#塗層不受生物 或化學衝擊且具高或抗物理顆粒衝擊。本發明塗層之抗蚀 性降低了如物理缺損之可能性。此造成基片之表面較不受 曝露於環境腐餘力之影響。塗層對基片具極佳黏固性且抗 熱衝擊及增溫和習知腐蝕習知.似鑽石塗層者。 已了解光學透射係數係指所欲幅射能或光線波長透過之 月&力。可用以製造I R透射窗之紅外線（丨R )透射基片透射波 長由约0.1微米至約20微米、較優1微米至约15微米及特優 由約2微米至約1 2微米之IR能量。若窗可娘大於約7 5 %之 IR透射發生時，即認爲其爲I r透射。 用以塗佈選用基片之較優抗腐蝕原子級似鑽石毫微複合 物（DLNs )的基本結構包含兩個或更多自身穩定隨意網狀架 構，每一以額外原子系化學穩定，同時兩網狀架構亦彼此 在結構上穩定。一個具該結構物質例爲似鑽石毫微複合物 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装· 訂 A7 B7 318150 五、發明説明（ (DLN)，其爲美國專利號5,352,493及1994年5月24日申請 之美國序號08/249，167之主要標的物。 在DLN中，主爲sp3”似鑽石”鏈結型之隨意碳網狀架構以 氫原子化學穩定，且似玻璃矽網狀架構爲以氧原子化學穩 定，故形成純非晶態結構。此處所謂"非晶態”係指隨意結 構或固態原子排列，而形成不再有大範圍規則排列，且缺 少結晶性或成粒性。該DLN物質具非晶態結構且不含大於 10埃之群-組。缺少此原子級群组爲本發明之DLN塗層之關 键特徵。群哼能破壞結構之非晶態性質、能當作降解之活 性中心且在光學成分情況下，能當作光散射中心。 因此，DLN(複數）不含群組或規則排列大於所定義配位 球半徑之三分之一。此結構已藉電子射影方法、掃描隧道 顯微術、原子力顯微術、掠視X光及電子繞射技術及高解 析度透射*子顯微術（TEM)。群組形成在來源、在主要臂 漿物、在反應槽空間、及在薄.膜生長時避免之。 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 本發明之似鑽石毫微複合物（DLN)類固態物之原子結構 示如圖1(A)。該物質可能有一或多個別非規則摻和體網狀-架構，如示於圖1(B)&1(C)。摻和體（Me)可爲任何週期 表l-7b及8族金屬及非金屬之一或組合，.且所有三型網狀 架構（C-H、Si-〇及若存在時，摻和體網狀架構：Me_Me) 主以弱化學鍵彼此連結。除了 C _ H網狀架構外之網狀架構 兀素可參照爲摻和元素。矽及氧原子亦可與其他元素及化 合物用於摻和網狀架構。可存在多於一個摻和網狀架構。 本發明之DLN塗層可含禹成分網狀架構·_似鑽石緩_氫架 -9 318150 A7 B7 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印裂 五、發明説明（7 ) 構交穿以似玻璃矽-氧網狀架構。亦可用含矽-氧及碳-氫網 狀架構及一或多摻和網狀架構之三成分網狀架構，該摻和 體與前述兩交穿網狀架構交饰。在此情況下，在DLN内會 有三或多交穿網狀架構以形成所謂金屬-似鑽石毫微複合物 (M e - DLN)網狀架構。吾人了解亦可併合非金屬摻和網狀 架構當作選用摻和網狀架構，且與碳-氫及矽-氧網狀架構 交穿。 三網狀架構（碳-氫網狀架構、矽-氧網狀架構及摻和網狀 架構）間主以弱化學键彼此連結。即使在金屬濃度高至50% 時亦可防止碳化物之形成（以安格（Auger)電子光譜術、化 學分析電子光譜術（ESCA)、擴張X光吸收細構電子光譜術 (EXAFS)及傅立葉轉移紅外線光譜術（FTIR)證實）。再者 ，.這些物質之性質依摻和體及所設濃度和澱積技術及參數 而定，可i大範圍變化。如已述，這些複合物結構可調整 至原子級。因此可賦予DLN塗層獨一電子、光學及其他所 欲固態性質及所欲機械強度、硬度及抗化學性。 可用於Me-DLN網狀架構且用作抗腐蝕Me-DLN塗層之 掺和體特別有效之較優摻和元素爲硼、鋰、鈉、矽、鍺、 碲、氧、翻、鎢、纽、說、免、依、柏、訊、鐵、#、鎂 、鐘、鎳、鈥、錯·、絡、鍊、給、銅、銘、氣、銀及金， 其中鎮、路、錯、飲及給爲較優。可用作摻和體之較優化 合物包括氮化鈦、氮化硼、氮化鋁、氮化錯、氮化鉻，其 中氮化鈥、氮化銘及氮化絡爲最優。 似鑽石毫微複合物内碳含量大於DLN之約4 0原子％。雖 -10- .--^---_----^ 莽 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Η 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） A7 ----- B7 五、發明説明l8 ) ~~ — 〜-- 然DLN理論上可無任何氫製備，氫含量較優至少爲碳濃度 心約1原子％至高至約4〇原子％。碎、氧及摻和元素和含挣 和體化合物之和大於DLN之約2原子〇/c^在一較優實例中， 碳比石夕原子之比率爲由約2 : 1至約8 : i、氫比碳肩子之比 率爲由約0.01 : 1至約0.4 :丄、矽比氧原子之比率爲由約 0.5 : 1至約3 : 1而摻和體比碳原子之比率爲由約〇 :丄至約 1.5 : 1。因此，在dln網狀架構中，對每一部分碳言，就 會有由約P.01至約0.4部分氫、由約〇 125至約〇 5部分矽及 由約0.0375至約1.0部分氧。此設計下，若有第三摻和網狀 架構，依所欲賦予Me-DLN網狀架構特性而定，則對每一 4分碳s，就會有由約〇.〇1至約1.5部分之掺和體。 以氧穩足（似玻璃碎架構之存在作用爲防止在高溫時石 墨碳足生長、防止在含金屬三-網狀架構毫微複合物形成金 屬群組、降低在毫微複合物結構之内應力及增進對基片之 黏固。此顯見可導致本：發明<DLN(複數）直接極佳地黏固 至基片物。 如已述者，爲改善塗層之黏固，DLC塗層常需介於基片— 及DLC塗層間之中介層。經常地，若D L c塗層太厚，則會 成片剥離。令人驚訝地，以本發明之DLN·塗層之黏固性好 到不需中介層。其結果是，DLN塗層可直接施用至基片， 且再厚也不用冒由基片剝離之危險。施用較厚DLN塗層之 能力來自矽-氧網狀架構之低内應力，且咸信亦造成DLN塗 佈基片之極佳抗腐蚀性。 再者，免除中介層增加'設計保護塗層之可撓性，且保護 L___- 11 - 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) 格（2丨〇><297公釐） 318150 A7 B7 五、發明説明（9 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 塗層保持光學清晰或例如對可見光及丨反幅射之光學透射。 雖然已知許多硬D L C -型塗層，本發明之Dln塗層爲自身 IR及可見光透射，故不會明顯破壞塗佈窗基片物質原透射 係數。 DLN之透射係數可藉選用用以解放碳、氫、矽及氧原子 組成成分之先質加以控制。一般言之，先質爲選用聚苯基 甲基矽氧烷族群中，因此元素之比率最適於在所欲光學波 長範圍内之所欲光學透射。例如，對長紅外線透射言，特 別是在由約8至約12微米之範圍内，.接近1〇微米之矽-氧吸 收光4必須極佳化。因此，所選先質具低矽-氧對碳-氫比 率。然而，矽-氧之存在提供了低應力及高黏固性，因此不 應芫全免除矽·氧網狀架構。 ^ 若需要時，本發明DLN塗層之特性可藉在層澱積第三網 狀组構時彳子細檢視併合入金屬之量預訂或"調整"，而可用 以極小化殘跡，例如極小化偵測裝置檢測之風險。本發明 之DLN(複數）可澱積在多層及功能性級位置上，以調整光 學及電子性質以獲得所要某種表現要求。該”調整”爲逐漸 增加特定摻和體、摻和之濃度、及/或澱積條件，如偏向 電壓基片之電壓而完成。DLN(複數）當不.含摻和體時，其 性質亦可改變或”調整”。在兩網狀架構系統性質之該變化 可藉改變殿積條件，如偏向電壓基片之電壓而完成。 本發明之DLN(複數）具遠超過傳統似鑽石（dlC)物質之 溫度穩定性。例如，結晶鑽石至約11〇(rc穩定，其後發生 石墨化。石英具長期熱穩*定性至147〇°C及短期熱穩定性至 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規袼（2!〇χ297公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 、1Τ 線 A7 ----___ 五、發明説明（1〇) 1700°C。傳統上，非合金似鑽石（D L C )薄膜只穩定至約 600 C，其後發生石墨化。相反地，用以_提供本發明之抗 触塗層之DLN物質具長期熱穩定性至1250°C及短期熱穩定 性至2000Ό。因此DLN(複數）之熱穩淀性超過DLC者，但 保持非晶態、似鑽石及光學透射狀態。 再者，在由約600°C至約1000°C之範圍内，DLN物質之碳 網狀架構化學鍵結部分由Sp3變成Sp2。然而，毫微複合物 之一般結褲及其”似鑽石”性質仍保持。相反地，在相似情 況下，一般”似鑽石，，碳（DLC)爲石墨化且喪失其似鑽石性 質。對曝露於由約400。(：至500 Ό (較優430。(：）溫度範圍之 DLN(複數，可見相反轉型，因此Sp3對Sp2之比率增加 了。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 碳-氫及矽-氧兩網狀架構DLN之密度介於由約1.8至約2.1 克/立方'公分。剩餘空間由隨意徑度由約0 28至約〇 35，毫 微米之t微孔網狀架構佔據。.毫微孔網狀架構不形成群組 或微孔。如已述者，兩網狀架構DLN之性質可藉加入掺和體 而訂製。該摻和體以隨意方式充滿毫微孔網狀架構，最後 在即使高至50原子％之濃度之某一摻和濃度形成額外無群 组或微晶粒網狀架構。在低於約丨〇原子。/q之濃度，摻和體 在似鑽石網狀架構内毫微孔中分佈成分離原子。在此擬隨 意結構内摻和原子間平均距離可以摻和濃度控制。當摻和 疋素或化合物之相對濃度達到約2 0 - 2 5原子。/〇時，如示於 圖1(C) ’掺和體在DLN結構中形成第三（Me_Me)網狀架構 ’造成具似鑽石機械及化學性質之物質。 ___ -13- ) A4*#. ( 210X297/av*7 '~--- A7 --- ------ B7 五、發明説明（11 ) " ~~~- 在中間^度範圍，當摻和濃度由約〗〇至約2 〇原子％，摻 和ea形成碎裂随意網狀架構而無眞正似網狀架構連灶。碎 裂摻和”網狀架構”之電子性質強烈地決定於外機械^載、 壓力及電磁場。具摻和濃度範圍在由約i至約2〇原子％之 M e DLN(複數）當作爲智慧物及感應器時爲理想的。”智慧 物咸知局不只感應到外在刺激且亦能反應而進行適當調整 以回應之物質。 本發明之D L N結構之電子性質在大範圍數量級中變化（至 v 1 8級），由純介電質至金屬態，但仍保留及改善〇 l匸態 足性質。轉移至無電阻之超導狀態對某些三-網狀架構毫微 複合物網狀架構内可在低溫獲得。 - 另本發明之DLN(複數）優點爲其相對硬度及持久悻。 PLN(複數），特別是金屬摻和〇1^(複數）具有高微硬度及 鬲彈性。’本發明之DLN(複數）之微硬度値由約6至约3〇十 億巴。 DLN(複數）可以相關元素離子、原子或作用基無群组束 共澱積製成，其中每一粒子系平均自由路徑超過介於其來― 源及成長顆粒膜表面間距離，且每—束含足供應用能量粒 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 子。含碳顆粒束可以電漿槍移除電漿且以.眞空槽内偏向電 壓基片高壓場抽出帶電顆粒而製成。至少5〇%含碳顆粒具 動能高於約100電子伏特。在長成中基片之溫度應不超過 500Ό。 圖4顯示一用作〇1^塗佈澱積程序之塗佈槽之較優實例。 供眞i炎積槽1以塗佈墓片樣本。先質入口系統1 3包本 -14· 本紙張尺度適用中國國家揉準（〇^)八4^格（210父29*；公变） A7 _______B7 五、發明説明（12 ) ~~ ~~ — 金屬管及多孔陶瓷物3，較優爲局矽氧烷之液體先質經此 注入。圖面顯示先質入口系統13經槽基片丨〗併合入槽中。 熱陰極2含一阻抗加熱鍍鉦鎢絲4。欲塗佈DLN膜之基片5 連至基片固放器6。電源8爲用以偏向電壓基片（直流或高 頻）。在實務上系統爲使用正常眞空泵降程序,,泵降”。置於 蜂7 4閘閥（未顯關上，而系統再充以乾空氣、氮或氯直 至槽達大乳壓。而後打開槽門9，使用許多可能方法（線夹 、螺栓、如夹等）之任一將欲塗佈基片5連至基片固放器6 特殊形狀基片可能而要特殊固定器。基片固放器設計方 式爲其亦可固放筒狀樣品（未顯示），其中在操作時除了沿 中央轉柱10軸外亦沿其垂直於1〇之自身軸旋轉。在此方式 ，筒之轴必須垂直於軸1 〇。 當裝入基片時，關上槽門。而後槽抽眞空，打開閘閥以 將系統壓> 降至至少10-5至10-6托耳，其爲所欲系統基壓 範圍。當達到上述基壓時，氬氣由闕或量流控制器導入槽 中直至槽壓達到約5χ 1〇-5至lx 10-3牦耳，較優约卜3χ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 1〇-4托耳。在此時絲電流，絲偏向電壓及電磁力供應源打-開。絲電流爲流經熱陰極（亦稱作絲或陰極）之電流。絲偏 向電壓爲施用於絲上固定浮動電壓（相對於.接地爲約_15〇伏 特）。電漿電流爲衡量介於絲及基片或地面間之電流。此電 壓提供場，其將由絲釋出電子移至基片U。電磁力供應源 提供％流至電磁組，其產生磁場使得電予路徑變成螺狀， 增加電子路徑長度且改善電子及先質蒸發產生蒸氣分子間 碰撞機率。同時基片偏向淹壓電源亦打開。 _________ - 15- 本紙張尺度適用 ( CNS ) Α4ϋΓ( 210X297^* ) ^18150 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（ 打開這些電源造成氬電裝之生成，其麵積前用以清洗 基片。、在所要清洗時間達到後，打開先質供應。先質流以 針閥拴制’其產生乃因爲槽及外部大氣間壓力之不同。另 種導入先質之方法’如機械泵亦可應用。 當二流及在槽内蒸發已穩定時，關閉氬氣流。離子化 先質条氣形成穩定電漿，因基片偏向電壓，離子由其中加 速朝向基片固放器。因此，產生DLN膜之殿積。 掺和物質之共殿積如下進行。在基壓達到後，氬氣開始 流至磁極，且磁極8電源打開。間12用以防止基片在㈣ 清洗後澱積。、當清洗完成後，閥打開且㈣在所欲能量水 平上進行。依所需何種膜結構及组合物而定，此可在開始-DLN膜澱積開始前、進行中、進行後或交互間歇發生？使 用直流或高頻濺射，所有種類物質（金屬、陶瓷、合金等） 皆可用於#澱積。其他摻和體束來源可包括但不限於熱蒸 發、電子束蒸發或離子束。 參照圖4，毫微複合物膜成長條件爲如下。殿積槽1之壓 力應不超過10-3牦耳，且在電漿產生活化區2之壓力範圍-介於約\oxl0·3至約5.0xl〇-2乾耳。基片之溫度應不超. k 3 00 C，且在陰極絲之溫度範園由约.^ 1 〇〇至約 。陰極絲之電流爲由約40至约130安培，較優爲由约7〇至 約130安培，且經過絲之電壓爲由約5至约3〇伏特，較優爲 由約20至約30伏特。相對於接地之電壓爲由約7〇至約2⑽ 伏特，較優爲由約70至約13〇伏特，且電漿電流爲由約〇5 至約20.0安培。基片固放-器之電壓爲由约〇1至约5 〇千 -16- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS )八4^格（210X297公着） 1—：--：---^--裝一I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線--：I. ------ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 ---- — __B7 五、發明説明（14 ) 特，且所有含碳及含矽系列具動能範園分別爲由約1〇〇至 約1200電子伏特及由約2 5至約3〇〇電子伏特。金屬原子/ 離子之動能不超過約25電子伏特。先質之流率爲由約〇5 至約5.0毫升/小時時，dlN之長成速率爲由約〇〖至約2 〇 微米/小時。 對大多數應用之較優操作範圍爲壓力約丨_ 3 χ丨〇 -4托耳 、電漿電流約1安培、絲之電流爲由約6 〇至約7 5安培、基 片之電壓-爲由約600至約1000伏特直流電，或射頻區約1〇〇 瓦特向前電能。射頻區較優頻率爲.由約9 〇至約450千赫茲 、更優爲由約9 0至約3 00千赫茲。較優磁極能量依dln塗 層所欲物質型態、組合物及結構而定。 在又另一較優實例中，較優澱積方法使用三極電漿槍釋 出電漿，如示意於圖4，且電漿能量密度高於約5千瓦小時 /碳·克原子。充電顆粒以眞空槽内高場吸出且導向基片。 較優基片固放器之能量電壓爲由約_〇 3至約+5 〇千伏特， 且特優爲1.0+ /-0.2千伏特，且其頻率變化範圍爲由約〇至 約2 5百萬赫兹直流電或高頻區由約9 〇至約3 〇〇千赫茲。在 電漿槍中釋出電子比碳先質流之比率爲由約〇 5至約15電 子/顆粒。 進行特殊努力以極小化澱積槽污染物之存在。這些污染 物可能包括非所欲金屬系、水、氧、氮或其.他元素或化合 物及其化合物或基，其吸收光譜位於所欲高光學透射所要 t波長。因此考量之施行步驟可包括在低壓操作、以惰性 企體如氬急沖、維持極度'乾淨槽、保證擴散及機械泵油爲 __ ___ . 17 - 本紙張纽ϋ财,〇χ29Ί/^) ------------裝------訂-----「線 ί ( (#先閱讀背面之注意事承再填寫本頁) A7 B7 五 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 '發明説明I：15 乾淨及其他此等對熟諳此項技藝者已明知極小化眞空槽内 亏染物之步驟。存在污染物量可以殘氣分析儀監視。 再者，基片電壓/偏向電壓對矽_氧對碳_氫比率有影響 。、爲極佳化此比率，特別是高紅外線透射言，I片電恩/ 偏向電壓範圍應介於由約1〇〇至約7〇〇伏特。 相似特殊注意及步驟必須採行以在其他光譜範圍獲得高 光學透射。爲調整塗層折射係數，掺和系及殿積條件（包括 基片偏向電壓）必須適當選擇。 有機矽化合物，如矽氧烷爲碳、氫、矽及氧之較優先質 板優有機矽化合物爲含五至“個矽原子之聚苯基甲基 矽虱烷。高沸點矽氧烷可經多孔陶瓷或金屬_陶瓷（圖2之/ 及圖3)直接導入活性電漿區’其以熱電極4幅射加熱。熱 電極之光子及電子釋出影#料表面先質分子蒸發、碎裂 及離子化，故其爲當作電漿產生器之離子源。另一注入矽 氧烷先質之方法爲使用擴散泵.直接注入。 含摻和體束之可藉下列方法任—或合用：”熱蒸發；2) 離子濺射；3)離子束。含摻和體束經眞空槽直接指向長成-膜表面以在澱積槽本身内去除粒子間碰撞。基片置於相連 槽内旋轉基片固放器（例如一鼓狀物），其保證雙旋轉動作 ，該相連槽以開π連至電漿產生槽以供原子或離子束釋出 ，如示意於圖3。另一方面，電漿產生可在含基片之槽（圖 4)内進行。直流或收音機頻率能量一般在澱積程序中施用 於基片。不而外部加熱基片。基片固放器可特設計以握住 對熟？f此項技藝者已明知之不同形狀（如筒狀）之零 - _ 1 - 1 〇 - 本紙張尺度適用中國國家裸準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 五、發明説明（ 16 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 吾人亦應了解到對特定所欲應用言，含掺和體層可選擇 性地與非摻和DLN層殿積。再者，具變化量摻和體之摻和_ DLN層亦可如所欲的順序地系列地或選用地與非摻和dln 物質澱積。在上述方法之有用變化以澱積DLN膜包括使用 賤射碎及氧氣爲矽及氧之先質，及使用濺射碳及氫或羥氣 爲碳及氯之先質或其任何混合物。 爲殿積於如塑膠之非導電性基片言，如示意於圖3中之方 法，中性.基流由南壓目標反射且指向基片。此程序應用相 似於圖2所示之澱積，除了反射電極.8用以產生中性束。此 方法去除由充電及/或快速顆粒衝擊長成中基片所得基片 表面傷害。 - 較優澱積超薄介面DLN膜含離子撞擊（例如氬+或鉀+ ?其 能量在由約30至約150電子伏特之範圍）經眞空槽，其已以 矽氧烷蒸氣（約3 X 1 0 - 4托耳）回填。此形成毫微複合物膜 之自身穩疋成長，其最大厚度以釋出吸收基電荷最大隧道 距離而加以控制。 、極均勾及非彡孔超料電膜可依本發明澱積。澱積削 塗層之厚度/又有任何理論限制。現存技術及現有設備可讓 原子級複合物膜及塗層厚度典型範圍由約丨微米至約1〇微 未。依本發明，可澱積膜厚度範圍由約6至約8 優爽積膜厚度由約3至約5毫微米。 因此，只依所欲塗層基片應用而定，上述本發明之可撓 =塗層:澱積在選用基片厚度由數毫微米至數微米，較優 、.、勺20宅微米至12微米。澱積因此可預訂或”調整”以符特

尺度咖中關家標率（CNS -19 )A4現格（21 qX297公董） 请 先 閲 讀 背 $1 之 注 意 事 再 填 -I裝 頁 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 A7 ----------B7 五、發明説[(17 ) ~ '--- 定應用所需性質。随意交穿二-或三-網狀架構dln( . 保證在所有方向結構之均勻強度。結構即使在厚8〇埃時（8 笔微米）亦無微孔。DLN (複數）因此極穩定且具單—化學、 機械、電子及超導性質之組合。 子 下諸例只用作再説明本發明之各方面，且不能視爲 本發明。 例1 PLN塗層之避籍 兩微米厚DLN塗層澱積於硫化鋅紅外線窗。窗清洗且以 金屬夾置於澱積槽内基片固放器。爲清洗基片，關上槽栗 降至5x 1〇-5托耳。氬氣流導入槽中直至槽壓達到3 36χ-1 〇 _ 4托耳。打開絲電流且增至6 〇安培，而絲偏向電壓· i⑼ 伏特JL電磁電流爲250毫安培。基片之射頻偏向電能開至 頻率237千赫茲1〇〇瓦特向前電能。基片旋轉且保持速度在 7圈/分鐘。在電漿清洗5分鐘後，打開先質針閥至設定3 毫升/小時。在約5分鐘後，氬氣流停止。可得電衆電流 約1安培。基片負載功率爲約8 〇瓦。在澱積約3 〇分鐘後，-基片偏向前及負載功率降低約2 5 %。在約3小時後，先質. 閥關閉且關掉電源。讓槽及其中基片冷卻、槽而後回填氮 氣且DLN塗佈紅外線窗由基片固放器移除。 例2 DLN塗層之黏固性 ' 依如述於例1方式所製得且施用至基片之DLN塗層進行定 性測試以決定塗層對多種知質之黏固性。DLN塗層對下列 -20- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·

、1T 線 3 經濟部中央橾準局員工消费合作社印製 18150 A7 __ B7 "hq ~~ ~--------- 五'發明説明（） 金屬基片：鐘、銘、欽、锆、铪、.鏡、运、絡、如'竭、 銖、鐵、鈷、鎳、銀、铜；對下列陶瓷：西托（sitall)、石 英及铭基陶资基片、氧化锆、金屬陶免等；及塑膠基片： 聚亞醯胺、鐵氟龍、高密度聚乙烯、聚脲酯、玻璃纖維_樹 脂複合物、壓克力、聚矽酮、環氧複合物等；具良至優黏 固性。表1顯示DLN及D L C塗層對多種基片間黏固性之主 要比較表。 黏固問题通常發生於D L C塗層，如剝落或碎裂，DLN塗 層因其高黏固性質則不會發生。塗層與基片物間之中介層 可藉調整澱積條件特別訂定以達高度黏固。 表 1 DLC及DLN塗層之黏固性 - 黏固性 最小中介層厚度(毫微米) 基片 DLC DLN DLC DLN 鋼 ++ +++ 20-40 2-3 鋁 ++ +++ .. 3-5 ++ +++ 一— 2-3 銅 — ++ 騎細 5 金 ~ ++ <25 5 姑 — +++ 5-10 鉻 — +++ 5-10 鉬 一 +++ 5-10 鎳 — +++ 一 5-10 -21 - 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（ 19

(锖先Μ讀背面之注意事項再填寫本莧) -装· . 例3 务衡擊 鎢.摻和（W - DLN)熱阻器之性質在毫微秒久丄、古 <敢南溫南 於700 C之·2 X 1〇8熱脈衝後不具可衡量改變。' 取向溫高於 1200 C之107脈衝後，w-DLN無法衡量到任何改變。再者 ，1700°C之單脈衝後，W-DLN無法衡量到任何改變。相反 地，DLC塗層在由約400-50CTC之溫度轉移至似石墨結構 〇 例4 機械性質 鋁硬碟樣本以DLN塗層塗佈以跟D L C塗層比較機械性質 A.摩擦係數 DLN塗層及D L C塗層之摩擦係數使用硬碟塗層之I S Ο (世 界品質標準）測試方法決定。DLN塗層之摩擦係數兩倍小於 DLC(複數）。 -22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A*规格（2ΐ〇χ297公釐） 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 7 Β 五、發明説明（20 ) B.硬度及模度測試 硬度及模度衡量使用毫微測定器測試依例1所述製備樣本 。DLN(複數）顯示硬度爲7-2 1十億巴及模數爲80-200十億 巴。在曝露於由約400-500 °C之增溫後，數値只發現破壞約 10%。 例5 光學性質 · 二-網狀架構DLN之吸收邊緣重合於紫外線/可見光邊界（ 波長約350毫微米）。光學密度在紫外線範圍爲高。透射在 可見光及近紅外線區域直至波長爲約6微米單調增加。此 透鏡反應決定於澱積程序且可能需要而不同。高透射性使 用FTIR分光術衡量可見高至約25 -40微米。含金屬DLN(複 數）膜（Me-DLNs)具高吸收性且增加導電性。 依膜成i之能量條件及先質系統而定，折射係數（在波長 630毫微米）在二-網狀架構DLN爲由1.7至2.5之範圍。某一 M e - DLN膜之折射係數範圍如列於下表2。DLN塗層之折射 係數及透射光譜之變化依塗層組合物而定。，χ -光之透射亦 爲可變的故亦可控制爲長成條件之函數。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 表2 鎢-DLN 铪-DLN 锆-DLN 鋁-DLN 矽-DLN 鈮-DLN 钽-DLN 最 浙射係數 2.25 2.15 2.51 3.27 2.20 2.30 2.50 最大折射係數 3.90 3.10 3.10 3.69 2.74 3.80 3.10 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 5J8i5〇 Α7 ---__ Β7 五、發明説明（21 ) 勒理腐蚀測試

比較例A 叙樣本施以ASTM D968 A方法之落沙磨蝕測試。測試結 果如示於圖5 A。 例6

塗佈約3微米厚給_DLN塗層之鋁樣本施以ASTM D968 A 方法之落沙磨蝕測試。測試結果如示於圖5B。 - 例7 塗佈约3微米厚DLN塗層之鋁樣本施以ASTM D968 A方法 之落沙磨蝕測試。測試結果如示於圖5 C。

比較例B 不銹鋼樣本施以ASTM D968 A方法之落沙磨蝕測試。測 試結果如市於圖5 D。 ' 例8 塗佈約3微米厚給-DLN塗層之不銹鋼樣本施以ASTM D968 A方法之落沙磨蝕測試。測試結果如示於圖5 E。 例9 塗佈約3微米厚DLN塗層之不銹鋼樣本施以ASTM D968 A 方法之落沙磨蚀測試。測試結果'如示於圖5 F。 在所有例6 - 9之情況下及比較例a - B，圖5 A - 5 F之所示 拓.痕爲測試試樣（2吋見方）腐蝕區域之尺寸及形狀。列於圖 5 A - 5 F下之體積爲用作測試砂的體積。 例6-9及比較例A-B測試資料再顯示於表3。對塗佈試樣 言，測定磨穿3微米厚層所需砂量。”磨穿π之決定爲主觀 -24- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公复） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1Τ Α7 Β7 五、發明説明（22 ) ~ 裸視測試。對未塗佈試樣言，因無法衡量磨蚀區域深度， 以2升砂腐蝕區域總區域拿來當作腐蝕程度之數値衡量。 參見圖6A-6F。在測試後，相同砂量未塗佈鋁之腐蝕區域 約爲塗佈DLN鋁之三倍。相同砂量未塗佈不銹鋼之腐蝕區 域約爲塗佈DLN不錄鋼所見之六倍。腐蝕測試在每一樣本 之三個位置進行。 表3抗腐蝕性比較. (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} .裝_ 砂升數 腐蝕（μ、 例號 試樣 feiTl 範圍2 範圍3 範圍1 範圍2 範圍3 平均升/ 腐蝕 A 鋁 2.00 ——— 0.17 ... 0.17 6 鋁/绮-DLN 1.00 1.25 1.10 0.33 0.42 0.37 0.37 7 鋁/DLN 1.50 1.50 1.40 0.5 0.5 0.47 0.49 B 不銹鋼 -- 2.00 --- 0.20 0.20 8 不銹鋼/給-DLN 3.00 2.65 2.65 1.00 0.88 0.88 0.92 9 不銹鋼/DLN 1.75 2.00 1.65 0.58 0.67 ' 0.55 0.60 、βτ 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本發明之許多其他調整及改變對熟諳此技藝操作者言因 本發明説明即可了解到是可能的。因此了解者，本發明能 以此特述其他方式操作仍於本發明申請專利範圍之領域内 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 318J50 A8 B8 C8 D8 經濟部中央樣準局員工消費合作社印裂 、申請專利範圍 ~- 1·—種㈣光學透射基片腐蚀之方法，其包括在該 塗敷由互穿網狀結構所成之似鑽石#料種類所製成之塗 層，該網狀結構包括以氫安定化之似鑽石碳網狀社構、 以氧安定化切網狀結構及制之以—料切期表 弟l-7b&8族元素之掺雜劑元素或摻雜劑化合 之網狀結構。 2_根據申請專利範圍第i項之方法’其中碳m氧 係得自具有約丨至約10個矽原子之有機矽氧烷之分解。 3·根據申請專利範圍第2項之方法，其中有 苯基甲基矽氧烷。爲聚 4. 根據中請專利範圍第β之方法，其中碳料之重量比. 爲約2 : 1至約8 : 1。 5. 根據中請專利範圍第Μ之方法，丨中該塗層係沉積於 金屬基>4上。 6. ::申請專利範圍第丄項之方法…該塗層係沉積於 非金屬基片上。 7·根據中請專利範圍们項之方法，其中捧雜劑元素係選 自包括··硼、鋰、鈉、矽、鍺、碲 '氧、鉬、鎢 '鈕、 鈮、鈀、銥、鉑、釩、鐵、鈷、鎂 '錳..、鎳、鈦、锆、 鉻、錁、給、铜、鋁、氮、銀及金。 8.根據中請專利範圍第μ之方法，其中似罐石材料之碳 含量係大於塗層之約40原子％，氫含量至高爲碳之約4〇 原子。/。，且#、氧及摻雜劑—起之和係大於似绩石材料 之約2原子％。 ’ (请先閣讀背面之注意事項存填寫本貫) T 订 線 ........ -111 26- 本紙張^^適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（2似297公釐 1 I i

   申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 鲤濟部中央榡準局員工消費合作社印裝 9·根據中請專利範圍第i項之方法， 射性。 、中孩塗層爲光學透 種由互穿網狀結構所形成之似雜石从』丨 抗触η、、… 罐材料種類所製成之 -蝕t層’ m網狀結構包括第—種 歿網狀結構、第二種以氧安定化之对：女疋化I似鑽石 至小—虱女弋化疋矽網狀結構及選用之 人^遇期表第卜713及8族元素之摻_元素或化 «物<另外網狀架構。 = 圍第1G項之塗層，其中竣、氫、碎及氧 12報：！1至約10個秒原子之有機秒氧垸之分解。 -很據申請專利範圍第L1項之塗 ^^ m 增其中有機矽氧烷爲聚 幕基曱基矽氧烷。/ 13. 根據申請專利範圍第〗項 .β 中碳含量爲約40 重量％至約9 8重量％。 14. 根據申請專利範圍第工〇項之 闲不iU貝；X層，其中碳含量爲約5、0 重量/ό至約98重量％。 15. 根據申請專利範圍第i 之塗層，其中碳對秒之重量比 爲約2 : 1至約8 : 1。 •根據申请專利範圍第1 0項之塗層 爲約0.5 : 1至約3 : 1。 17·根據申請專利範圍第1 0項之塗層 金屬基片上。 18_根據申請專利範圍第1 0項之塗層 非金屬基片上。 议根據申請專利範圍第！ 〇’項之塗層，其中摻雜劑元素係選 其中矽對氧之重量 比 其中該塗層係沉積於 其中該塗層係沉積於 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 、tr 银_ 27- 表紙張尺石用T"5國家標準（CNS ) A4胁（210~^97公釐 318150 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 自包括 叙、飽 鉻、鍊 硼 叙 給 錢、鈉、碎、錯、碲、氧 銷、朝4、鐵、始、謨、鐘 銅、鋁、氮、銀及金。 4目、鎢 鋒、欽 锆 經濟部中央梯準局負工消費合作社印装 Μ =申請專利範圍第Μ項之塗層，其中該塗層爲光學透 21_ 一種1R窗，其係以根據申請專利範圍第1 0项之塗層塗 佈。 、 22. —種窗，其係以根據申請專利範圍第1〇項之塗層塗佈。 23. —種由光學透射基片及抗蝕塗層所製成之抗腐蝕材料， 該塗層d.種互穿網狀結構所成之似罐石材料種類所 料，1網狀結構包括第-種以氫安定化之似蹲石碳網 狀結構、第；種以氧安定作之梦網狀結構及選用之至少 :種含有週期表第"…族元素之掺雜劑元素或化合 物之另外網狀結構。 24. 根據中請專利範圍第23項之材料，其中碳、氫1及氧 爲得自含由約i至約10個矽原子之有機矽氧烷分解。 W艮^請專利範圍第24項之材料，其中有料氧燒爲聚 私基甲基碎氧燒。 艮據中請專利範圍第23項之材料，其中碳含量爲約4〇 重量％至約9 8重量％。 A根據中請專利範圍第㈣之材料，其Μ含量爲約5〇 重量％至約9 8重量％。 2Μ艮據中請專利侧第23項之材料，其切㈣之重量比 爲約2 : 1至約8 : 1。 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210父297公鼇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) T •裝· 訂 t請專利範 圍 Αδ Β8 C8 D8 經濟部中夬揉準局貝工消費合作社印策 29·1 艮Γ請專利㈣第23項之材料，其切對氧之重量比 巧 4〇·5 : 1 至約 3 : 1。lei利範圍第23項之材料，其中該塗層係沉積於 31’根據申請專利範圍第23項之材料 非金屬基片上。 何科其中孩塗層係沉積於 32·才自艮=請專利範圍第23項之材料，其中掺雜劑元素係選叙 硼、鋰、納、矽、鍺、碲、氧、‘目、鎢、钽、 絡：：' 鼓、舶、釩、鐵、餘、鎂、鐘、鎳、鈇、锆、 鍊'給~銅'铭'银及金。 33·才艮^請專利範圍第23項之材料，其中固態材料之碳含予=大於塗層之約40原子％，氫含量至高爲碳之約咐 〇/〇。〇，切、氧及摻雜劑一起之和係大於塗層之約2原子 34·根據申請專利範圍第2S項之材料 射性。 35.根據申請專利範圍第23項之材料 36·根據申請專利範圍第3 5項之材料 乜卞， 六丫孩W馬由選自自 =下列族群之光學透射基片所製成：魏鋅、則匕辞、 叙、發、翁石、坤化鎵、嶙化鎵、 叙、藍寶石、氧化鎂、尖晶石、立乳氣化鑭摻雜之氧化釔、氧化釔、破璃 乳化合物。 .喁晶合鼠化玻璃或其混 37·根據申請專利範圍第35-項之材料，其中該窗爲以窗。 其中該塗層爲光學透 其中該基片爲窗。. 其中該窗爲由選自包

   (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、βτ 線