JPH048509B2 - - Google Patents

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JPH048509B2
JPH048509B2 JP60280356A JP28035685A JPH048509B2 JP H048509 B2 JPH048509 B2 JP H048509B2 JP 60280356 A JP60280356 A JP 60280356A JP 28035685 A JP28035685 A JP 28035685A JP H048509 B2 JPH048509 B2 JP H048509B2
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adhesion
electrode
gas
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、磁気デイスクや磁気ヘツド等の表面
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そなえた表面保護層に適す
る硬質非晶質炭素膜に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides a material that has high hardness, excellent adhesion, and has both abrasion resistance and lubricity by being attached to the surface of a magnetic disk, magnetic head, etc. The present invention relates to a hard amorphous carbon film suitable for a surface protective layer.

(従来の技術) 磁気デイスクや磁気ヘツドは磁気デイスク装置
としてコンピユータ端末の情報記憶装置として広
く用いられている。磁気デイスクは、アルミニウ
ム金属ないしはプラスチツク等の基板上にフエラ
イトや鉄、コバルト、ニツケルないしはこれら化
合物またはネオジミウム、サマリウム、カドリニ
ウム、テルビウム等の希土類金属やそれらからな
る化合物を磁気記録媒体として塗布法やスパツタ
法により薄い膜状に付着させて用いられる。磁気
ヘツドは、種々の方式があるが、記録媒体に書き
込まれた磁化による磁束を信号として取出すもの
で可能なかぎり磁気デイスク面に近ずけて使用さ
れるものである。このため、磁気ヘツドと磁気デ
イスクは互いに磨耗しやすく、磁気デイスクの記
録媒体上に発生するきず等から記録媒体を保護す
るための保護膜を必要とする。
(Prior Art) Magnetic disks and magnetic heads are widely used as magnetic disk devices as information storage devices for computer terminals. Magnetic disks are manufactured by applying or sputtering a magnetic recording medium using ferrite, iron, cobalt, nickel, or their compounds, or rare earth metals such as neodymium, samarium, cadrinium, and terbium, or compounds made of these, onto a substrate such as aluminum metal or plastic. It is used by attaching it in the form of a thin film. There are various types of magnetic heads, but they extract magnetic flux from magnetization written on a recording medium as a signal, and are used as close to the magnetic disk surface as possible. For this reason, the magnetic head and the magnetic disk are susceptible to mutual wear, and a protective film is required to protect the recording medium from scratches and the like that occur on the recording medium of the magnetic disk.

保護膜の備えるべき要点は、耐磨耗性に優れて
いること、基板への密着性度が高いこと、表面の
潤滑性に優れていること等が掲げられる。
The important points that a protective film should have include excellent abrasion resistance, high adhesion to the substrate, and excellent surface lubricity.

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
性は磁気ヘツドの接触時あるいは、磨擦時に保護
膜が剥離しないために重要である。
The hardness of the film can be used to evaluate the abrasion resistance, and the higher the hardness, the better the abrasion resistance. Adhesion is important so that the protective film does not peel off when a magnetic head comes into contact with it or when it is rubbed.

従来この目的のために厚み800Å程度の二酸化
ケイ素(SiO2)やアルミナ(Al2O3)等の酸化物
やカーボン膜が用いられている。SiO2やAl2O3
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塗布乾燥後熱処理する方
法、アルゴンと酸素の混合ガス中でスパツタリン
グするかないしは蒸着法で作られる。
Conventionally, oxides such as silicon dioxide (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) or carbon films with a thickness of about 800 Å have been used for this purpose. SiO 2 and Al 2 O 3 are usually produced by a method in which an organometallic compound of silicon or aluminum is dissolved in a solvent, coated, dried, and then heat treated, sputtered in a mixed gas of argon and oxygen, or vapor-deposited.

カーボン膜は特開昭52−90281記載された様な
炭素電極の放電によつて作られる炭素イオンビー
ムの蒸着法ないしは1980年発行のジヤーカレ・オ
ブ・ノンクリスタリン・ソリツズ誌(Journnal
of Crystalline Solids)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等の方法
で作られていた。
Carbon films can be produced using a carbon ion beam deposition method produced by discharging a carbon electrode as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-90281, or as described in the Journal of Non-Crystalline Solids published in 1980.
of Crystalline Solids) Vol. 35 & 36, page 435.

(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ツカ
ース硬度でSiO2では2000Kg/mm2アルミナでは
3000Kg/mm2またカーボン膜では3000Kg/mm2程度で
あつた。
(Problems to be Solved by the Invention ) The various protective film materials mentioned above, however, do not have sufficient hardness and adhesion.
3000Kg/mm 2 In the case of carbon film, it was about 3000Kg/mm 2 .

本発明は以上の欠点を改良した高硬度で耐磨耗
性に優れ特にNiPを主成分とする基体との密着度
に優れかつ潤滑性の良好な磁気デイスク表面保護
膜の用途に適する保護膜材料を提供することにあ
る。
The present invention is a protective film material that improves the above-mentioned drawbacks and is suitable for use as a magnetic disk surface protective film, which has high hardness, excellent wear resistance, and has excellent adhesion to a substrate mainly composed of NiP, and has good lubricity. Our goal is to provide the following.

(問題を解決するための手段) 本発明の主旨は、表面保護の用途に適する保護
膜材料として、水素を含有する非晶質炭素膜に更
にクロム(Cr)を100原子ppm〜1原子%、リン
(P)を50原子ppm〜500原子ppm含有せしめるこ
とを特徴とする硬質非晶質炭素膜を提供するとこ
ろにある。
(Means for solving the problem) The gist of the present invention is to further add 100 at.ppm to 1 at.% of chromium (Cr) to an amorphous carbon film containing hydrogen as a protective film material suitable for surface protection. An object of the present invention is to provide a hard amorphous carbon film characterized by containing 50 atomic ppm to 500 atomic ppm of phosphorus (P).

本発明になる非晶質炭素膜は水素(H2)中に
メタン(CH4)を0.1%〜5%の範囲で混合した
気体を第1図に示すように平行平板型の三極直流
グロー放電プラズマ気相合成装置内に導入する方
法で合成する。その際スクリーンメツシユ電極3
として、クロム(Cr)を用いることによつて、
メツシユ電極金属元素がプラズマのイオンで衝撃
され非晶質炭素膜中に導入される現象を利用して
いるものである。
The amorphous carbon film of the present invention is produced by using a parallel plate type three - pole direct current glow, as shown in Fig. It is synthesized by introducing it into a discharge plasma vapor phase synthesis apparatus. At that time, screen mesh electrode 3
By using chromium (Cr) as
This method utilizes the phenomenon in which the mesh electrode metal element is bombarded with plasma ions and introduced into the amorphous carbon film.

導入される金属元素の量は水素11とメタン1
0のガス圧、放電々圧およびスクリーンメツシユ
電極3に印加する電圧によつて制御する。
The amount of metal elements introduced is hydrogen 11 and methane 1
It is controlled by the gas pressure of zero, the discharge pressure, and the voltage applied to the screen mesh electrode 3.

陰極電極板上には非晶質炭素膜を付着させるべ
き基体5を設置しておく。直流グロー放電による
反応時の圧力は0.1Torrから10Torrとし、膜硬度
の高い条件とすれば良い。
A base 5 to which an amorphous carbon film is to be attached is placed on the cathode electrode plate. The pressure during the reaction by direct current glow discharge may be from 0.1 Torr to 10 Torr, and the conditions may be such that the film hardness is high.

なおスクリーンメツシユ電極3はクロム金属を
用いて作成することも可能であるがステンレスメ
ツシユにクロムをメツキないしは蒸着する等の方
法で被覆することによつて作成する方が実用的で
ある。
Although the screen mesh electrode 3 can be made of chromium metal, it is more practical to make it by coating a stainless steel mesh with chromium by plating or vapor deposition.

リン(P)の導入には、水素ガス中に0.1mg/
m3以下の比率でフオスフイン(PH3)を混合した
ガス12を原料ガスと共に導入する方法で行えば
良い。
To introduce phosphorus (P), add 0.1mg/P into hydrogen gas.
This may be carried out by introducing a gas 12 mixed with phosphine (PH 3 ) at a ratio of m 3 or less together with the raw material gas.

(作用) 通常のメタンと水素の混合ガスを直流グロー放
電させることによつ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
ダングリングボルドの部分に入り、炭素の連鎖を
閉じることによつて、非晶質状態を安定化させて
いる構造とされている。
(Function) The film obtained by direct current glow discharge of a normal mixed gas of methane and hydrogen is amorphous and about 10
% or more of hydrogen. Hydrogen is said to stabilize the amorphous state by entering the Dangling Vold part of the carbon atom and closing the carbon chain.

本発明者等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
クロム(Cr)およびリン(P)が密着性の向上
と高硬度化に効果的であることを見出した。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な点もあるが、金属と炭素
との結合が形成されることによつて膜硬度密着性
が向上すると考えられる。なお水素含有量は約20
〜30原子%以上になると硬度の低下をきたすと考
えられる。
The present inventors aimed to close some of the dangling bonds of carbon atoms with metal elements other than hydrogen, regarding the effects of adding various metal elements in order to achieve high hardness of such an amorphous film. conducted extensive research and discovered that chromium (Cr) and phosphorus (P) are effective in improving adhesion and increasing hardness. Although there are some unknown points about the mechanism of improvement in adhesion and increase in hardness due to the addition of metal elements, it is thought that the hardness and adhesion of the film are improved by forming bonds between the metal and carbon. The hydrogen content is approximately 20
It is thought that hardness decreases when the content exceeds ~30 atomic %.

(実施例) 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5を設置
していない側の電極に正または負の数百ボルトの
直流電圧を印加し、接地したスクリーンメツシユ
3との間で直流グロープラズマを発生させた。放
電々流密度は1mA/cm3とした。基体5を設置し
た電極6には+100ボルトから−100ボルトまでの
電圧を印加した。反応ガスはメタン10を1%〜
5%混合しれ水素ガス11を用い、圧力は1トー
ルとし、基体の温度をほぼ室温として1時間反応
させた。スクリーンメツシユ3は20〜300メツシ
ユが適当でこの実施例では80メツシユを用いた。
リンはPH3としてプラズマ中に導入した。
(Example) An apparatus as shown in FIG. 1 was used to synthesize a hard amorphous carbon film. For DC glow discharge, a positive or negative DC voltage of several hundred volts was applied to the electrode on the side where the base 5 was not installed, and DC glow plasma was generated between it and the grounded screen mesh 3. The discharge current density was 1 mA/cm 3 . A voltage from +100 volts to -100 volts was applied to the electrode 6 on which the base body 5 was installed. The reaction gas is methane 10 at 1%~
Using hydrogen gas 11 mixed at 5%, the pressure was 1 torr, the temperature of the substrate was about room temperature, and the reaction was carried out for 1 hour. The screen mesh 3 is suitably 20 to 300 meshes, and in this example, 80 meshes were used.
Phosphorus was introduced into the plasma as PH 3 .

この結果得られた膜は厚み約1μmで均一な干渉
色を呈していた。膜中のクロムおよびリンは、螢
光X線分析法で分析した。クロム含有量が100原
子ppm〜1原子%リンが50〜500原子ppmの範囲
のものについて、膜硬度を評価した所、ビツカー
ス硬度で8000〜11000Kg/mm2が得られた。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、しかも密着性の高い膜であつた。なお第
1図では真空槽、2は電極、4はガス導入口、7
はヒーター、8は圧力調整器、9はロータリポン
プである。
The resulting film had a thickness of approximately 1 μm and exhibited a uniform interference color. Chromium and phosphorus in the film were analyzed by fluorescent X-ray analysis. When the film hardness was evaluated for films with a chromium content of 100 atomic ppm to 1 atomic ppm and a phosphorus content of 50 to 500 atomic ppm, a Vickers hardness of 8000 to 11000 Kg/mm 2 was obtained. This value was 2 to 3 times higher than that of conventional amorphous carbon films, indicating extremely high hardness and high adhesion. In addition, in Figure 1, the vacuum chamber, 2 is the electrode, 4 is the gas inlet, and 7 is the vacuum chamber.
is a heater, 8 is a pressure regulator, and 9 is a rotary pump.

(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
めて高硬度で磁気デイスク表面保護の用途に適す
る新しい保護膜として有益である。また含有する
金属元素によつ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。
(Effects of the Invention) As described above, the hard amorphous carbon film of the present invention has extremely high hardness and is useful as a new protective film suitable for protecting the surface of a magnetic disk. Furthermore, since the adhesion to the substrate can be controlled by the metal element contained, it can be applied to various substrates and is extremely practical.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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は真空槽、2は電極、3はス
クリーンメツシユ、4はガス導入口、5は基板、
6は電極、7はヒーター、8は圧力調整器、9は
ロータリーポンプ、10はCH4ガス、11は水素
ガス、12はPH3/H2混合ガス。
FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used in the present invention. In Fig. 1, 1 is a vacuum chamber, 2 is an electrode, 3 is a screen mesh, 4 is a gas inlet, 5 is a substrate,
6 is an electrode, 7 is a heater, 8 is a pressure regulator, 9 is a rotary pump, 10 is CH 4 gas, 11 is hydrogen gas, and 12 is PH 3 /H 2 mixed gas.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 水素を含有する非晶質炭素膜に更にクロム
(Cr)を100原子ppm〜1原子%、リン(P)を
50原子ppm〜500原子ppm含有せしめたことを特
徴とする硬質非晶質炭素膜。
1 Further add 100 at.ppm to 1 at.% of chromium (Cr) and phosphorus (P) to the amorphous carbon film containing hydrogen.
A hard amorphous carbon film containing 50 atomic ppm to 500 atomic ppm.
JP60280356A 1985-12-13 1985-12-13 Hard amorphous carbon film Granted JPS62139871A (en)

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JP60280356A JPS62139871A (en) 1985-12-13 1985-12-13 Hard amorphous carbon film

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JP2597127B2 (en) * 1988-01-22 1997-04-02 株式会社半導体エネルギー研究所 Method of forming carbon film on tape
JPH07161034A (en) * 1993-04-13 1995-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetic recording medium

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