JPH01203211A - 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
、プラスチック奪の基板上にフェライトや鉄、コバル＋
−、ニッケルないしはこれらの化合物または、ネオジミ
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合金の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液状に付着
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
ヘッ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訛膜を必要とする。

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８００Ａ程度の二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ□）やアルミナ（Ａ１２０３）等の酸化物
やカーボン膜が用いられている。Ｓｉｎ□や＾１□０３
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５２−９０２０１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　５ｏｌ
ｉｄｓ）第３５＆３６巻第４３５ページに記載されてい
るような炭素の蒸発付着の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、潤滑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２０００ｋ［／麿、２、ア
ルミナでは３０００にに／■２またスパッタ法等による
カーボン膜で３０００ｋｇ／ｓ■２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「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Ｃ。

−Ｎｉ−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を提供する
ことにある。

（問題を解決するための手段） 本発明の主旨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フッ素を含
有せしめたことを特徴とする硬質非晶質炭素膜材料を提
供するところにある。

本発明になる硬質非晶炭素膜は水素（Ｈ２）中にメタン
（ＣＨ４）ガスをｏ、ｉ体積％〜５体積％の範囲で混合
した期待を第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）−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
分で発生するが、上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
およびフッ素（Ｆ）は、例えばシラン（Ｓｉ）＋４）お
よびフッ化水素（１１Ｆ　＞の形でガス状で混合すれば
良い。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離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悪の炭素
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。水素およびフッ素は炭素原
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、基板との
高密着性と高潤滑性を達成すべく、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高潤滑性
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。膜の潤滑
性に関しては表面吸着水分によるディスク表面とヘッド
間に働くファンデアワールス力がその潤滑性を支配する
ことが云われているが、炭素−フ・ソ素の化合物は疏水
性を示し、水分が吸着しにくいと考えられるので、膜表
面に存在するフッ素原子の効果によって高潤滑性が達成
されるものと考えられる。

また、この様な方法を用いると、主放電部分から離れた
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。放電々流密度は１　ｍＡ／Ｃ１１２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％から５体積
％になるよう流量で制御した。シリコンは水素で１〜２
体積％に希釈したシランガスを用いた。フッ素は同じく
水素ガスで１〜５体積％に希釈したフッ化水素（ＨＦ）
を用いた。

圧力は１トールから１０）−ルの範囲とし、基板体の温
度はほぼ室温とし、約５〜３０分反応させた。

この結果得られた膜は厚み１００〜１００ＯＡ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・フッ素はイオンマ
イクロアナライザ、ラブフォード後方散乱法、プロトン
リコイル検出法によってそれらの含有量を評価した。

水素の含有量が２０原子％〜３５原子％、シリコンが１
００原子ｐｐｍ〜１原子％フッ素が１原子％〜ｌＯ原子
％のものについて膜硬度を評価した所ビッカース硬度で
８０００〜１１０００ｋｇ／■謹２が得られた。この範
囲をはずれるとビッカース硬度は大幅に低下した。

この値は従来の非晶質炭素膜の２〜３倍以上で極めて高
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。

膜の空振係数は直径５ミリメートルのＡ１□０３−Ｔｉ
Ｃ合金製の球体を膜表面ですべらせる方法で評価し、０
．１以下の値となった。参考としてフッ素を３有させな
い膜について同様の試験を行ったところ、約０．５〜１
．０の値となり、磁気ディスクに要求される値０．２以
下より大きかった。

（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。

【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は水素ガスボンベ、１０は水素希釈したシランガ
スボンベ、１１は水素希釈したフッ化水素ボンベを示す
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　水素を含有する非晶質炭素膜中に更にシリコン
   およびフッ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）　特許請求の範囲第１項記載の硬質非晶質炭素膜
   において、含有せる水素量が１０原子％以上３５原子％
   以下、シリコンが１００原子ｐｐｍ以上１原子％以下お
   よびフッ素を１原子％以上１０原子％以下とすることを
   特徴とする硬質非晶質炭素膜。