JPH09118976A - ダイヤモンド状炭素薄膜及び異種原子置換ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法 - Google Patents

ダイヤモンド状炭素薄膜及び異種原子置換ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法

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JPH09118976A
JPH09118976A JP32007795A JP32007795A JPH09118976A JP H09118976 A JPH09118976 A JP H09118976A JP 32007795 A JP32007795 A JP 32007795A JP 32007795 A JP32007795 A JP 32007795A JP H09118976 A JPH09118976 A JP H09118976A
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carbon
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丈雄 松井
Yoshimasa Oki
芳正 大木
Masako Yudasaka
雅子 湯田坂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザーアブレーション法において、ダイヤモ
ンド状炭素薄膜、及び、ダイヤモンド状炭素の炭素を様
々な異種原子で置換した異種原子置換ダイヤモンド状炭
素薄膜を形成する方法を提供する。 【構成】レーザーアブレーション法によって、基板上に
ダイヤモンド状炭素薄膜又は異種原子置換ダイヤモンド
状炭素薄膜を蒸着して成膜するに際し、ターゲットに高
分子材料、又は、異種原子を組成として持つ化合物を高
分子に混入させた高分子材料、もしくは、異種原子が結
合した状態の高分子材料を使用することを特徴とするダ
イヤモンド状炭素薄膜の成膜方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド状炭素薄
膜、或いは、異種原子を含有したダイヤモンド状炭素薄
膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンド状炭素(DIAMOND LIKE CAR
BON、以下DLCと略す)膜はダイヤモンドと同様な性
質を有する薄膜であって、高硬度、高熱伝導性、高絶縁
性、耐薬品性などに優れるために、切削工具、電子材料
の表面保護材料など様々な分野で利用されることが期待
されている。また、DLC薄膜の炭素原子をほう素や窒
素等の異種原子で置換することによってその物性を変え
てやることができる。例えば、C34のようにまだ合成
されてはいないが、ダイヤモンドよりも硬く、電気的、
光学的特性に興味のもたれると理論的に予見されている
物質もある。
【0003】しかして、薄膜の製造方法としては、原則
として固体表面(通常、基板という)上への気相からの
凝集によって形成され、この気相は常温で気体のものも
あるが、固体又は液体の物を気化して形成する場合が多
く、最も一般的な方法は真空蒸着法である。これは10
~2Paより高い真空度の真空チャンバー中に固体の薄膜
材料を蒸発源として入れて加熱、蒸発させて蒸発源より
低温の基板上に蒸着させる方法であり、蒸発源の加熱手
段として抵抗加熱、電子ビーム加熱、高周波加熱、レー
ザー加熱等がある。また、薄膜材料を加熱、蒸発させる
かわりに、イオン銃やグロー放電などで発生させた高速
イオンを薄膜材料に照射してイオン衝突で蒸発させるス
パッタリング法があり、この場合蒸発源に相当する部分
はターゲットと称されている。また、真空蒸着装置中に
活性ガスを導入し、直流又は高周波電場で放電プラズマ
を発生させ、蒸発源からの原子をそのプラズマをくぐら
せて蒸着すると、原子は励起またはイオン化されて薄膜
が形成され、この方法はイオンプレーティング法と称さ
れている。また、CVDの変形で、高温で反応を行わせ
るかわりに、低温で放電を行わせて必要な物質を析出さ
せる方法をプラズマCVD法という。その外、熱フィラ
メント法、光CVD法、電子サイクロントン共鳴(EC
R)、レーザーアブレーション法等がある。
【0004】そして、従来DLC膜の製造方法の1つと
して、レーザーアブレーション法がある。この方法は、
ターゲットにグラファイトを用い、高エネルギー密度を
有するレーザー光をターゲットに照射させて、グラファ
イトを蒸発させ、固体基板上に凝縮させてDCL膜を得
る方法である。即ち、この方法は高エネルギー密度、例
えば1010W/cm2程度が必要であった。また、DL
C膜中に異種原子を導入し炭素原子を異種原子で置換し
た異種原子置換ダイヤモンド状炭素薄膜の合成方法も試
みられている。例えばC34を合成する方法としてイオ
ンビームスパッタ法、ECRプラズマCVD法、レーザ
ーアブレーション法等が試みられているが、その際、窒
素原子の供給としては、例えばレーザーアブレーション
法では、マイクロ波放電で窒素プラズマを形成すること
によっているし、ECRプラズマCVD法では原料ガス
に窒素ガスを混合して行っている。つまり、窒素ガスを
用いることによって窒素を入れている。
【0005】このように従来のレーザーアブレーション
法でDLC膜を形成するには、高エネルギー密度を実現
できる高出力のレーザーが必要となり、また、異種原子
置換ダイヤモンド状炭素薄膜を作成する際も、従来法で
はガスとして導入できる原子の置換に限定されるため、
例えばほう素の置換を試みようとしたときに問題が生じ
る。たとえば、ジボランは特有の臭気と毒性を有する。
また、塩化ほう素を用いようとすれば、発生する塩化物
を処理するための装置が必要となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者はD
LC膜を形成するに、従来より低いエネルギー密度のレ
ーザーを使用すべく種々検討した結果、ターゲットとし
て高分子化合物を用いることにより、従来法より低エネ
ルギー密度のレーザー出力でDLC膜の作成が可能とな
ることを見出し、さらに、ターゲットとして置換したい
異種原子を組成として持つ化合物を高分子化合物に混入
させるか、或いは置換したい異種原子が結合した状態の
高分子化合物をターゲットとして用いることにより様々
な原子をダイヤモンド状炭素の構造中の炭素と置換しう
ることを見出し、本発明を完成したもので、本発明は低
いエネルギー密度のレーザーを使用してDLC膜を形成
すること、及び該ダイヤモンド状炭素の構造中の炭素を
所望の異種原子で置換した異種原子置換ダイヤモンド状
炭素薄膜を形成することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、レーザ
ーアブレーション法によって、基板上にダイヤモンド状
炭素薄膜を蒸着して成膜するに際し、ターゲットに高分
子材料を使用することを特徴とするダイヤモンド状炭素
薄膜の製造方法であり、また、レーザーアブレーション
法によって、基板上に異種原子置換ダイヤモンド状炭素
薄膜を蒸着して成膜するに際し、ターゲットに異種原子
を組成として持つ化合物を高分子に混入させた高分子材
料、または、異種原子が結合した状態の高分子材料を使
用することを特徴とする異種原子含有ダイヤモンド状炭
素薄膜の製造方法である。
【0008】即ち、本発明においてはターゲットに高分
子材料を用いることにより、従来法より低エネルギーの
レーザー出力でDLCの作成が可能となり、特にターゲ
ットに用いる高分子材料の吸収帯に近い波長のレーザー
光を用いることにより、従来法で必要であった1010
/cm2のエネルギー密度に対し約1/100以下の7
×107W/cm2程度のエネルギー密度で作成が可能と
なった。また、異種原子置換ダイヤモンド状炭素薄膜の
作成の際には、置換したい異種原子を組成として持つ化
合物を高分子材料に混入させたもの、または、置換した
異種原子が結合した状態の高分子材料をターゲットに用
いることにより、様々な原子をダイヤモンド構造の中の
炭素原子に置換することが可能になり、従来のように置
換したい異種原子が限られたり、或いは形成過程におい
て臭気もしくは毒性生成物の発生を防止することができ
た。
【0009】さらに本発明について詳細に説明する。本
発明においてターゲットとして使用する高分子材料とし
ては、特に限定されるものではなく、例えばポリエチレ
ンやポリイミド等を挙げることができる。特に好ましい
材料としては高分子材料の吸収帯が使用するレーザー光
の波長に近似するものである時に低エネルギー密度でD
LC膜の生成が可能である。異種原子置換ダイヤモンド
状薄膜を形成する際に使用する異種原子を組成として持
つ化合物としては例えば窒化ボロンであり、また、置換
した異種原子が結合した状態の高分子材料としてはポリ
4−ビニルフェニルホウ酸であるが、これらに限定され
ない。そして、DLC膜が蒸着する基板としては従来の
レーザーアブレーション法で使用されているものであれ
ば良い。
【0010】次に本発明を実施する際に使用する装置の
一例を図1に示す。図1において、真空チャンバー1の
中には、ターゲット3と基板4が設置されている。真空
チャンバー1内は真空排気系2によって10~5torr程度
に保たれている。レーザー発生装置5から発射されたパ
ルスレーザーが凸レンズ6により集光されて真空チャン
バー1の中のターゲットに照射される。パルスレーザー
によって照射されたターゲット3は蒸発、炭化して基板
4上にダイヤモンド状炭素膜として凝縮する。
【0011】
【実施例及び比較例】更に実施例を持って本発明を具体
的に説明する。 実施例1 図1に示したDLC薄膜作成装置を使用してDLC薄膜
を形成した。図1におけるターゲット3には硬化ポリイ
ミドを使用、真空チャンバー1内の真空度は10~5torr
程度とした。レーザー発生装置5から発射されたパルス
レーザーが凸レンズ6により集光されて真空チャンバー
1の中のターゲットに照射された。ターゲットに照射し
た照射レーザーの波長は紫外領域の266nmのものを
使用し、その際の出力エネルギー密度は7×107w/
cm2程度であった。その結果、基板上に膜が得られ、
ラマン分光法で調べた結果、図2に示すように得られた
膜がDLC膜であることが確認できた。
【0012】同様に、照射レーザーの波長1064nm
のものを使用し、その際の出力エネルギー密度が4×1
8w/cm2程度の場合についても、ダイヤモンド状炭
素膜を得ることができた。更に、レーザー波長266n
m〜1064nmの範囲における各種のレーザー光エネ
ルギー密度に対してDLC膜の形成の有無を調べた結果
を図3に示す。この結果よりレーザー波長266nmに
おいて2×107w/cm2程度の強度ではダイヤモンド
状炭素を得られないことが示された。また、図3よりタ
ーゲット材の吸収帯になるべく近い波長のレーザーを用
いることにより、従来のグラファイトをターゲットとし
て作成する方法に比べて1/100の出力でDLC膜を
得ることができた。
【0013】実施例2 同様の装置を用いて、本発明方法により異種原子置換ダ
イヤモンド状炭素膜を形成した実施例を示す。ターゲッ
トには窒化ほう素粉末を混合したポリイミドを硬化させ
たものを用いたところ、実施例1と同様の条件において
異種原子置換ダイヤモンド状炭素を得た。得られたDL
Cをラマン分光法で調べた結果、DLCであることが確
認された。また、X線光電子分光法で調べた結果、微量
の窒素とほう素の存在が確認された。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように、本発明ではレーザー
アブレーション法においてターゲットとして高分子材
料、或いは異種原子を存在させた高分子材料を使用する
ことによって従来の場合に比して遥かに低出力のレーザ
ー光でDLC膜及び炭素原子を置換した異種原子置換ダ
イヤモンド状炭素薄膜を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザーアブレーション法を用いたDLC薄膜
作成装置例の概略図
【図2】実施例1で得られた膜のラマン分光分析結果図
【図3】レーザー波長266nm〜1064nmの範囲
における各種のレーザー出力エネルギー密度に対してD
LC膜の形成の有無を調べた結果図
【符号の説明】
1 真空チャンバー 2 真空排気系 3 タ
ーゲット 4 基板 5 レーザー発生装置 6 凸レン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23B 27/14 B23B 27/14 A (72)発明者 松井 丈雄 東京都町田市小川1−12−3 町田コープ タウン20−202 (72)発明者 大木 芳正 神奈川県相模原市大野台3−30−2 (72)発明者 湯田坂 雅子 神奈川県川崎市多摩区南生田5−8−4− 202

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザーアブレーション法によって、基
    板上にダイヤモンド状炭素薄膜を蒸着して製造するに際
    し、ターゲットに高分子材料を使用することを特徴とす
    るダイヤモンド状炭素薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 レーザーアブレーション法によって、基
    板上に異種原子置換ダイヤモンド状炭素薄膜を蒸着して
    製造するに際し、ターゲットに異種原子を組成として持
    つ化合物を高分子に混入させた高分子材料、または、異
    種原子が結合した状態の高分子材料を使用することを特
    徴とする異種原子置換ダイヤモンド状炭素薄膜の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003073813A (ja) * 2001-09-04 2003-03-12 Okura Ind Co Ltd ダイヤモンド様炭素薄膜の形成方法
WO2008069312A1 (ja) 2006-12-07 2008-06-12 National University Corporation Nagoya University 炭素質膜の製造方法および製造装置
JP2013199404A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Vision Development Co Ltd 糸状又はシート状カーボンナノチューブの製造方法

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JP2013199404A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Vision Development Co Ltd 糸状又はシート状カーボンナノチューブの製造方法

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