JPH01245562A - 炭素膜がコートされた光電変換装置の作製方法 - 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】 「発明の利用分野」 本発明は光学的バンド巾が１．ＯｅＶ以上特に２．０〜
５．５ｅＶを有する炭素または炭素を主成分とする被膜
を光電変換装置上、特に光電変換部にコーティングする
ことにより、機械ストレスに対する耐摩耗保護材とする
ことにより、コンピューターを始めとする情報処理機器
、ファクシミリ等の情報読み取り手段等に、広く応用を
可能にしようとする光電変換装置に関するものである。

「従来技術」 従来例において、炭素膜は２００〜１０００°Ｃと高温
でしか得られないとされており、炭素膜が条件によって
は、室温（プラズマにより１５０°Ｃ程度まで表面が昇
温する）またはそれ以下の温度での作製方法でも十分な
硬度を有せしめ得ることはできなかった。

また、従来例において、光電変換装置の光電変換部の耐
摩耗層として、Ｓｉｎ、　５ｉｘＮｙＯｚ、　ＴａｚＯ
ｓ＋　などの被膜が用いられてきたがいずれも硬度が十
分ではなく、信頼性に欠けていた。また、最近、光電変
換部の耐摩耗層として、薄板ガラスを有機接着剤で貼付
する方法または、有機樹脂を介して有機接着剤で貼付す
る方法が用いられているが、いずれの場合もガラスの電
気伝導度が大きいため静電気による動作不良、至っては
破損を引き起こしていた。

「発明の構成」 本発明は、光電変換装置上、特に光電変換部上に炭素ま
たは炭素を主成分とする被膜をコーティングし、その表
面での耐摩耗性等の機械的強度を補強しようというもの
である。特にエチレン、メタンのような炭化水素気体を
直流または高周波、特に基体側に正の直流バイアスを加
えた高周波電界によりプラズマを発生させた雰囲気中に
導入して分解せしめることにより、Ｃ−Ｃ結合を作り、
結果としてグラファイトのような非透光性の導電性また
は不良導電性の炭素を作るのではなく、作製条件により
求められた光学的エネルギバンド巾（Ｅｇという）が１
．ＯｅＶ以上、好ましくは１．５〜５．５ｅＶを有する
ダイヤモンドに類似の絶縁性の炭素を形成することを特
徴としている。さらにこの本発明の炭素は、その硬度も
ビッカース硬度が２０００Ｋｇ／ｃｍ２以上、好ましく
は４５００Ｋｇ／ｃｍ２以上、理想的には６５００Ｋｇ
／ｃｍ”というダイヤモンド類似の硬さを有するアモル
ファス（非晶質）または５〜２００人の大きさの微結晶
性を有するセミアモルファス（半非晶質）構造を有する
炭素またはこの炭素中に水素、ハロゲン元素が２５原子
％以下または■価または７価の不純物が５原子％以下、
また窒素がＮ／Ｃ≦０．０５の濃度に添加されたいわゆ
る炭素を主成分とする炭素（以下本発明においては単に
炭素という）を基板上に設けた複合体を設けんとしたも
のである。

本発明は、さらにこの炭素が形成される基板を２００°
Ｃ以下好ましくは一１００〜１５０°Ｃの従来より知ら
れたＣＶＤ法に比べて５００〜１５００°Ｃも低い温度
で形成せしめ、下地の光電変換材料の特性を劣化させる
ことなく、また下地材料との界面でおこる反応を防止し
つつコーティングが可能であることを実験的に見出した
ことを他の特徴とする。

また本発明は、この炭素に■価の不純物であるホウ素を
０．１〜５原子％の濃度に添加し、Ｐ型の炭素を設け、
また７価の不純物であるリン、窒素を同様に０．１〜５
原子％の濃度に添加し、Ｎ型の炭素を設けることにより
この基板上面の炭素を１×１０７〜１×１０′３Ωｃｍ
、好ましくは、１×１０ｅ〜５Ｘ１０”Ωｃｍの導電性
にしたことにより、静電気による動作不良、至っては破
損を防ごうとしたことを他の特徴としている。

また、炭素中には潤滑性向上のため、ＳＰ’のダイヤモ
ンド結合に加工し、ＳＦ３のグラファイト結合成分が少
ないことが好ましい。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体の作製方
法を記す。

実施例１ 第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜を
形成するためのＲＴＲ方式のプラズマＣＶＤ装置の概要
を示す。

図面において、ドーピング系（１０）において、キャリ
アガスである水素を（１１）より、反応性気体である炭
化水素気体例えばメタン、エチレンを（１２）より、■
価不鈍物のジポラン（水素希釈）（１３）、Ｖ価不鈍物
のアンモニアまたはフォスヒンを（１４）よりパルプ（
２８）、流量計（２９）をへて反応系（３０）中にノズ
ル（２５）より導入される。このノズルに至る前に、反
応性気体の励起用にマイクロ波エネルギを（２６）で加
えて予め活性化させることは有効である。

反応系（３０）では、第１のロール（４）より第２のロ
ール（５）に補助ロール（６）　、　（７）を経て移動
する。

この補助ロール（７）はテープ状キャリアにたるみがこ
ないように一定の張力（テンション）を与えるべく、バ
ネ（２７）を具備する。補助ロール間には、第１の電極
（２）、被形成面を具備するテープ状キャリア（１）、
第２の電極（３）を有し、一対の電極（２）　、　（３
）間には高周波電極（１５）、マツチングトランス（１
６）　、直流バイヤス電源（１７）より電気エネルギが
加えられ、プラズマ（４０）が発生する。排気系（２０
）は圧力調整パルプ（２５）　、ターボ分子ポンプ（２
２）　。

ロータリーポンプ（２３）をへて不要気体を排気する。

これらの反応性気体は、反応空間（４０）で０．０１〜
Ｑ、３ｔｏｒｒ例えばＱ、ｌ　ｔｏｒｒとし、高周波に
よる電磁エネルギにより０．１〜５ＫＷのエネルギを加
えられる。直流バイヤスは、−２００〜６００Ｖ　（実
質的には一４００〜＋４００Ｖ）を加える。なぜなら、
直流バイヤスが零のときは自己バイヤスが一２００Ｖ　
（第２の電極を接地レベルとして）を有しているためで
ある。反応性気体は、水素で一部を希釈した。例えばメ
タン：水素＝１：１とした。第１の電極は冷却手段（９
）を有し、冷却液体を（８）より入れ、（８゛）に排出
させ、被形成面上の温度を１５０〜−１００°Ｃに保持
させる。か（してプラズマにより被形成面上にビッカー
ズ硬度２０００Ｋｇ／ｃｍ”以上を存するとともに、熱
伝導度２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上のＣ−Ｃ結合を多数
形成したアモルファス構造または微結晶構造を有するア
モルファス構造の炭素を生成させた。さらにこの電磁エ
ネルギは５０誓〜ＩＫＷを供給し、単位面積あたり０．
０３〜３Ｗ／ｃｍｚのプラズマエネルギを加えた。この
プラズマ密度が大きい場合、また予めマイクロ波で反応
性気体が励起されている場合は、５〜２００人の大きさ
の微結晶性を有するセミアモルファス構造の炭素を生成
させることができた。成膜速度は１００〜１００ＯＡ／
分を有し、特に表面温度を一５０〜１５０°Ｃとし、直
流バイアスを＋ｉｏｏ〜３００ｖ加えた場合、その成膜
速度は１００〜２００Ａ／分（メタンを用いマイクロ波
を用いない場合）、５００〜１００ＯＡ／分（メタンを
用いマイクロ波を用いた場合、またはエチレンを用いマ
イクロ波を用いた場合）を得た。

これらはすべてビッカーズ硬度が２０００Ｋｇ／ｍｍ”
以上を有する条件のみを良品とする。もちろんグラファ
イトが主成分ならばきわめて柔らかく、かつ黒色で本発
明とはまったく異質なものである。

この反応生成物は光電変換装置（１）が冷却媒体（９）
により冷却され、この上面に被膜として形成される。反
応後の不純物は排気系（２０）よりターボ分子ポンプ、
ロータリーポンプを経て排気される。

反応系は０．００１〜１０ｔｏｒｒ代表的には０．０１
−０．５ｔｏｒｒに保持されており、マイクロ波（２６
）、高周波のエネルギ（１５）により反応系内はプラズ
マ状態（４０）が生成される。特に励起源がＩＧＨｚ以
上、例えば２．４５ＧＨｚの周波数にあっては、Ｃ−Ｈ
結合より水素を分離し、さらに周波源が０．１〜５０Ｍ
Ｈｚ例えば１３．５６ＭＨｚの周波数にあってはＣ−Ｃ
結合、Ｃ＝Ｃ結合を分解し、−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭
素の不対結合手同士を互いに衝突させて共有結合させ、
安定なダイヤモンド構造を局部的に有した構造とさせ得
る。

かくして光電変換装置の光電変換材料および金属または
有機材料上に炭素特に炭素中に水素を２５モル％以下含
有する炭素またＰ、ＩまたはＮ型の導電型を有する炭素
を主成分とする被膜を形成させることができた。

「実施例２」 第２図（八）は実施例１の作製方法によって得られた炭
素を用いた光電変換装置の例である。（Ａ）は光電変換
材料（３）を少なくとも一方の電極を透明電極で設けた
、導電膜で挟んだ光電変換装置の例である。本実施例に
おいては、透明絶縁基板（１）上に、遮光性電極（２）
、光電変換材料（３）、透明電極（４）と積層し、フォ
トリソグラフィーで導光窓（２１）をあけ、電極（５）
を設け、その上に実施例１の作製方法によって炭素膜を
つけた。このとき炭素膜の下に有機材料または無機材料
あるいはその両方を設けてもかまわない。このとき炭素
膜（６）を０．０３〜５μｍ、好ましくは０．１〜３μ
ｍの厚さに設けたものである。このとき、保護層が極め
て薄く、硬度がビッカース硬度で２０００ｋｇ／ｃ＋ａ
”以上、好ましくは４０００ｋｇ／ｃｏ＋ｚ以上と十分
硬いため、焦点精度がよ＜、ＭＴＦの向上に役立ち、高
解像を実現し、耐摩耗性、炭素膜特有の高平滑性等、多
くの特性を併用して、有効に用いている。

「実施例３」 第３図（Ａ）　、　（Ｂ）は実施例１の作製方法によっ
て得られた炭素を用いた光電変換装置の例である。

第３図（八）は断面図、（Ｂ）は正面図を示す。この光
電変換装置は透明絶縁基板（１）上に光電変換材料（２
）を形成し、導光窓（２１）を形成する。その上にくし
形に共通電極（４）と個別電極（３）を形成する。その
上に実施例１の作製方法によって炭素膜をつけた。この
とき炭素膜の下に、有機材料あるいは無機材料、あるい
はその両方を設けてもよい。

このとき炭素膜を０．０３〜１０μｍ、好ましくは０．
１〜５μｍの厚さに設けたものである。

このときビッカース硬度２０００ｋｇ／ｃｍｚ以上に向
上させることにより、光電変換装置の耐摩耗性を３倍以
上に伸ばし、表面での原稿のすべりを良好にし得るため
の効果は著しい。

「効果」 以上の説明より明らかな如く、本発明は光電変換部に炭
素または炭素を主成分とした被膜をコーティングして設
けたものである。この複合体はすべりを助長でき、これ
に加えて耐摩耗性の向上ができ、さらに加えて電気伝導
度が静電気除去に適しているため、その工業的価値は計
り知れないものである。特にこの炭素が１５０°Ｃ以下
の低温で形成できるに対し、その硬度また基板に対する
密着第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被
膜を被形成面上に作製するロール・ツー・ロール方式の
製造装置の概要を示す。

第２図、第３図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の複合体を
用いた光電変換装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換部上にビッカース硬度として２０００Ｋｇ
   ／ｃｍ＾２以上を有する炭素または炭素を主成分とする
   薄膜が耐摩耗層として設けられていることを特徴とする
   炭素膜がコートされた光電変換装置 ２、特許請求の範囲第１項において、光電変換部は光電
   変換材料、金属材料、あるいは光電変換材料、金属材料
   、有機樹脂材料、あるいは光電変換材料、金属材料、有
   機樹脂材料、無機材料よりなり、該材料上に密接して設
   けられたことを特徴とする炭素膜がコートされた光電変
   換装置 ３、特許請求の範囲第１項において、耐摩耗層として設
   けられた炭素または炭素を主成分とする薄膜が、電気伝
   導度１×１０＾７〜１×１０＾１＾３Ωｃｍであること
   を特徴とした光電変換装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、光電変換部に設け
   られた炭素または炭素を主成分とする薄膜上に、透明導
   電膜が設けられたことを特徴とする光電変換装置 ５、光電変換装置を炭化物気体または該気体と水素また
   は不活性気体との混合気体の導入されたプラズマ雰囲気
   内に保持し、前記材料に密接してビッカース硬度として
   ２０００ｋｇ／ｃｍ＾２以上を有する炭素または炭素を
   主成分とする被膜を形成することを特徴とする炭素膜が
   コートされた光電変換装置の作製方法