JP2010024476A5

JP2010024476A5 - ダイヤモンドライクカーボン製造装置、製造方法及び工業製品

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Publication number: JP2010024476A5
Application number: JP2008184765A
Authority: JP
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2028-07-16

Description

更に、特許文献２には、基板上にＮ層、Ｉ層、Ｐ層の半導体層を積層した太陽電池の全ての層、或いは何れかの層をＤＬＣ薄膜で形成する技術が開示されている。本実施例では、Ｐ層を形成するためにボロン化合物を、Ｎ層を形成するために燐化合物をドーピングする技術が開示されている。しかし、不純物ドーピングではその抵抗率が十分低いＤＬＣ膜が得られないという課題があった。

電気伝導がｐ形伝導で抵抗率が１オームセンチメートル以下、ビッカース硬度２０００以上のＤＬＣ膜は得られていない。
本発明が解決しようとする課題は、抵抗率が１オームセンチメートル以下で、且つ高硬度のＤＬＣを得るためのＤＬＣ製造方法を提供することにある。
また、大面積基板表面に高速度で製膜できるＤＬＣ膜製造装置を提供することを目的としている。

本発明によるＤＬＣ製造装置は、炭化水素系原料ガス雰囲気の容器(1)内に、放電プラズマを発生させる放電プラズマ発生手段と、前記容器(1)の内部で支持用電極(5)により支持されている被加工基材(6)を、摂氏２００度以上に加熱するとともに、加熱温度を一定の温度範囲に保持する加熱手段(8,9)と、前記被加工基材(6)に前記支持用電極(5)を通じて１ｋＶ以上のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段(7)とを備え、前記容器(1)内で前記放電プラズマに接触し且つ前記加熱手段(8,9)によって加熱されている前記被加工基材(6)に、前記パルス電圧を所定時間印加することにより、当該被加工基材(6)の表面にグラファイト微結晶とダイヤモンド微結晶とが混在した、その抵抗率が１キロオームセンチメートル以下となるＤＬＣ、好ましくはｐ形伝導の特性を示すＤＬＣを堆積させることを特徴とする。
ｐ形伝導とは、熱プローブ測定でｐ形伝導を示すもの又はホール測定等でｎ形伝導を示さないもので、その電気伝導機構が非晶質炭素膜中に存在するｓｐ３結合のダイヤモンド微結晶の格子欠陥に基づく正孔の伝導と考えられるものを云う。このＤＬＣは、周期律表の３族元素又は２族元素であるボロンやマグネシウム等のｐ形ドーパントをドーピングしなくとも、ｐ形伝導となる。

本発明のＤＬＣ製造装置における実施の一態様では、前記放電プラズマ発生手段は、前記容器内で前記支持用導電体に対向して配置された誘導結合型の高周波アンテナ(2)と、この高周波アンテナ(2)に前記容器(1)の外部から高周波電力を給電する高周波電力供給手段(3,4)とを含み、前記支持用電極(5)により支持された前記被加工基材(6)の表面と前記高周波アンテナ(2)との間の空間に、放電プラズマを発生させるように構成されている。
より好ましくは、前記放電プラズマ発生手段(2,3,4)は、単位立方センチメートル当たり５×１０ ^１０個以上の密度の放電プラズマを前記空間に発生させるものである。

本発明のＤＬＣ製造装置における前記パルス電圧印加手段(7)は、例えば、マイクロ秒オーダのパルス幅を有する負極性のパルス電圧又は前記パルス幅を有する負極性の交番パルス電圧を印加し、前記加熱手段(8,9)は、前記被加工基材(6)をイオン照射、又はイオン照射と電気ヒータとにより加熱するように構成する。

本発明のＤＬＣ製造装置により堆積した前記ＤＬＣは、ダイヤモンド微結晶がグラファイト微結晶よりも多いことが好ましい。

本発明のＤＬＣの製造方法は、支持用電極(5)で支持された被加工基材(6)が配置された容器(1)内を炭化水素系原料ガス雰囲気で所定気圧に維持するとともに、その容器(1)内に放電プラズマを発生させ、さらに、前記被加工基材(6)を、摂氏２００度以上の温度範囲で加熱した状態で、前記被加工基材(6)に前記支持用電極(5)を通じて１ｋＶ以上のパルス電圧を所定時間印加することにより、当該被加工基材(6)の表面に、グラファイト微結晶とダイヤモンド微結晶とが混在した、その抵抗率が１キロオームセンチメートル以下となるＤＬＣを堆積させることを特徴とする。

本発明の製造方法における実施の一態様では、前記炭化水素系原料ガスが、六員環を含まない低分子量炭化水素ガス、メタン、エタン、プロパン、アセチレン、エチレンガスの少なくとも一つを含む。

より好ましい態様では、前記炭化水素系原料ガスが、さらに、アルゴンガスと水素ガスの少なくとも一方をさらに混合したガスである。

本発明の製造方法において、より好ましくは、堆積した前記ＤＬＣを、その抵抗率が１キロオームセンチ以下、その硬度がビッカース硬度２０００以上、その含有水素量が１０アトミックパーセント以下となるまで、アニール処理を行う。

本発明は、上記製造方法により製造されるＤＬＣを工業製品に適用することができる。
この工業製品は、上述した本発明のダイヤモンドライクカーボン製造装置によって製造された、ｓｐ２結合のグラファイト微結晶とｓｐ３結合のダイヤモンド微結晶とが混在したダイヤモンドライクカーボンによりコーティングされたものである。

本発明によれば、その抵抗率が１キロオームセンチメートル以下、ビッカース硬度２０００以上のＤＬＣ膜が得られる。また、大面積基材表面に前記ＤＬＣ膜を高速度で製造することができ、生産性の高いＤＬＣ膜製造装置を提供することができる。

Claims

炭化水素系原料ガス雰囲気の容器(1)内に、放電プラズマを発生させる放電プラズマ発生手段と、
前記容器(1)の内部で支持用電極(5)により支持されている被加工基材(6)を、摂氏２００度以上に加熱するとともに、加熱温度を一定の温度範囲に保持する加熱手段(8,9)と、
前記被加工基材(6)に前記支持用電極(5)を通じて１ｋＶ以上のパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段(7)とを備え、
前記容器(1)内で前記放電プラズマに接触し且つ前記加熱手段(8,9)によって加熱されている前記被加工基材(6)に、前記パルス電圧を所定時間印加することにより、当該被加工基材(6)の表面にグラファイト微結晶とダイヤモンド微結晶とが混在した、その抵抗率が１キロオームセンチメートル以下となるダイヤモンドライクカーボンを堆積させる、
ダイヤモンドライクカーボン製造装置。
前記放電プラズマ発生手段は、前記容器内で前記支持用導電体に対向して配置された誘導結合型の高周波アンテナ(2)と、この高周波アンテナ(2)に前記容器(1)の外部から高周波電力を給電する高周波電力供給手段(3,4)とを含み、前記支持用電極(5)により支持された前記被加工基材(6)の表面と前記高周波アンテナ(2)との間の空間に、放電プラズマを発生させるように構成されている、
請求項１記載のダイヤモンドライクカーボン製造装置。
前記放電プラズマ発生手段(2,3,4)は、単位立方センチメートル当たり５×１０^１０個以上の密度の放電プラズマを前記空間に発生させる、
請求項２記載のダイヤモンドライクカーボン製造装置。
前記パルス電圧印加手段(7)は、マイクロ秒オーダのパルス幅を有する負極性のパルス電圧又は前記パルス幅を有する負極性の交番パルス電圧を印加し、
前記加熱手段(8,9)は、前記被加工基材(6)をイオン照射、又はイオン照射と電気ヒータとにより加熱する、
請求項１、２又は３記載のダイヤモンドライクカーボン製造装置。
堆積した前記ダイヤモンドライクカーボン内のダイヤモンド微結晶が前記グラファイト微結晶よりも多い、
請求項１乃至４のいずれかの項記載のダイヤモンドライクカーボン製造装置。
支持用電極(5)で支持された被加工基材(6)が配置された容器(1)内を炭化水素系原料ガス雰囲気で所定気圧に維持するとともに、その容器(1)内に放電プラズマを発生させ、さらに、前記被加工基材(6)を、摂氏２００度以上の温度範囲で加熱した状態で、前記被加工基材(6)に前記支持用電極(5)を通じて１ｋＶ以上のパルス電圧を所定時間印加することにより、当該被加工基材(6)の表面に、グラファイト微結晶とダイヤモンド微結晶とが混在した、その抵抗率が１キロオームセンチメートル以下となるダイヤモンドライクカーボンを堆積させる、
ダイヤモンドライクカーボンの製造方法。
前記炭化水素系原料ガスが、六員環を含まない低分子量炭化水素ガス、メタン、エタン、プロパン、アセチレン、エチレンガスの少なくとも一つを含む、
請求項６記載の製造方法。
前記炭化水素系原料ガスが、さらに、アルゴンガスと水素ガスの少なくとも一方をさらに混合したガスである、
請求項７記載の製造方法。
堆積した前記ダイヤモンドライクカーボンを、その抵抗率が１キロオームセンチ以下、その硬度がビッカース硬度２０００以上、その含有水素量が１０アトミックパーセント以下となるまで、アニール処理を行う、
請求項７又は８記載のダイヤモンドライクカーボンの製造方法。
請求項１乃至５のいずれかの項記載のダイヤモンドライクカーボン製造装置によって製造された、ｓｐ２結合のグラファイト微結晶とｓｐ３結合のダイヤモンド微結晶とが混在したダイヤモンドライクカーボンによりコーティングされた工業製品。