JP3245320B2 - Hard carbon film and hard carbon film coated member - Google Patents
Hard carbon film and hard carbon film coated memberInfo
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- JP3245320B2 JP3245320B2 JP06112095A JP6112095A JP3245320B2 JP 3245320 B2 JP3245320 B2 JP 3245320B2 JP 06112095 A JP06112095 A JP 06112095A JP 6112095 A JP6112095 A JP 6112095A JP 3245320 B2 JP3245320 B2 JP 3245320B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、切削工具、耐
摩耗摺動部品、伸線用ダイス、成形用金型、製缶用のパ
ンチ,ダイおよびシーミングロール等に用いられたり、
高熱伝導性を利用してMCM用の基板や半導体ヒートシ
ンク、さらには光、マイクロ波、X線などの高透過特性
を利用して、光学窓、マイクロ波導入窓、X線透過窓な
どに用いられる高耐摩耗摺動性、高熱伝導性、高光透過
特性を有する硬質炭素膜および硬質炭素膜被覆部材に関
する。The present invention is applicable to, for example, cutting tools, wear-resistant sliding parts, wire-drawing dies, molding dies, can-making punches, dies, and seaming rolls.
Utilizing high thermal conductivity, it is used for MCM substrates and semiconductor heat sinks, and also for optical windows, microwave introduction windows, X-ray transmission windows, etc., utilizing high transmission characteristics of light, microwaves, X-rays, etc. The present invention relates to a hard carbon film having high abrasion resistance, high thermal conductivity, and high light transmission properties, and a hard carbon film-coated member.
【0002】[0002]
【従来技術】近年、ダイヤモンドはその高硬度、高熱伝
導性、耐薬品性などの優れた性質を有することから、各
種の分野でその応用が進められている。従来、工業用ダ
イヤモンドは主に超高圧高温下で合成されていたが、切
削工具や耐摩耗部材への応用などの広範な用途への適用
を考慮し、近年では容易に比較的安価に合成が可能であ
る気相成長法が盛んに研究されている。特に気相成長法
は広い面積にダイヤモンドが得られることから、これま
で天然、高圧合成ダイヤモンドではコスト面で不可能で
あった光透過用の窓材などにも応用が期待されている。2. Description of the Related Art In recent years, diamond has been applied in various fields because of its excellent properties such as high hardness, high thermal conductivity and chemical resistance. Conventionally, industrial diamond was mainly synthesized under ultra-high pressure and high temperature, but in recent years, it has been easily synthesized at relatively low cost in consideration of its application to a wide range of applications such as cutting tools and wear-resistant members. Possible vapor deposition methods are being actively studied. In particular, since the vapor phase growth method can obtain diamonds over a wide area, it is expected to be applied to window materials for light transmission and the like, which were not possible with natural and high-pressure synthetic diamonds in terms of cost.
【0003】これらの気相法によるダイヤモンドは、一
般には特開昭58−91100号公報や特開昭58−1
10494号公報に示されるように、炭化水素などの炭
素を含む原料ガスを反応室内に導入し、マイクロ波プラ
ズマやフィラメントにより熱分解した後、基体表面に析
出させることにより合成されている。[0003] These diamonds obtained by the gas phase method are generally disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-91100 and 58-1.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 10494, a synthesis is performed by introducing a raw material gas containing carbon such as hydrocarbon into a reaction chamber, thermally decomposing the raw material gas with a microwave plasma or a filament, and then depositing it on the substrate surface.
【0004】このようにして得られるダイヤモンドは、
通常膜中に非晶質カーボンやグラファイト、あるいは水
素、窒素などが不純物として含有されており、一般には
硬質炭素膜と呼ぶのが妥当である。この硬質炭素膜中の
不純物量を減少させることによって、優れた特性を有す
る高純度なダイヤモンドからなる膜を生成させることが
できるため、各種の高純度化の手法が編み出され、特開
平1−313393号公報や特開平2−232106号
公報、特開平2−248396号公報あるいは特開平4
−92894号公報、特開平4−104992号公報な
どに示されるような技術が開示されている。[0004] The diamond thus obtained is:
Usually, the film contains amorphous carbon, graphite, hydrogen, nitrogen, or the like as impurities, and it is generally appropriate to call it a hard carbon film. By reducing the amount of impurities in the hard carbon film, a film made of high-purity diamond having excellent characteristics can be generated, and various high-purity techniques have been developed. JP-A-2-232106, JP-A-2-248396 or JP-A-4
Japanese Unexamined Patent Publication No. 92894/92 and Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-1044992 disclose such techniques.
【0005】このような方法により得られる高純度のダ
イヤモンドからなる硬質炭素膜は、一般にダイヤモンド
の結晶の粒径が大きく、自形面が膜表面に露出しており
凹凸が激しい。従って、実際に利用するに当たっては、
特開昭61−252004号公報や特開昭62−418
00号公報に記載されているように物理的あるいは化学
的な研磨を用いて、膜の表面を平滑化するか、あるい
は、特開昭61−151097号公報や特開平1−15
3228号公報、特開平4−101702号公報などに
開示されているように、平滑な基板上に成長させて、膜
の裏面を利用するといった方法が一般にとられている。[0005] A hard carbon film made of high-purity diamond obtained by such a method generally has a large diamond crystal grain size, has a self-shaped surface exposed on the film surface, and has severe irregularities. Therefore, in actual use,
JP-A-61-252004 and JP-A-62-418
The surface of the film is smoothed using physical or chemical polishing as described in JP-A-00-00, or disclosed in JP-A-61-151097 or JP-A-1-15-15.
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 3228 and Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-101702, a method of growing a film on a smooth substrate and using the back surface of the film is generally employed.
【0006】これに対して、特開昭60−71597号
公報や特開平1−152621号公報、特開平1−20
8309号公報、特開平1−230496号公報などに
開示されているように、ダイヤモンド以外に非晶質カー
ボンやグラファイト、あるいは水素を硬質炭素膜中に存
在させることによって、自形を有しない粒径の小さい平
滑な膜を得ようという試みもある。On the other hand, JP-A-60-71597, JP-A-1-152621, and JP-A-1-20
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8309 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-230496, the presence of amorphous carbon, graphite, or hydrogen in a hard carbon film in addition to diamond allows the particle size to have no self-form. There is also an attempt to obtain a smooth film having a small size.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の方法には次に示すような問題点がある。However, the conventional method has the following problems.
【0008】まず、高純度のダイヤモンドを含有する硬
質炭素膜は、通常凹凸の大きい粗い面となるため、摺
動、切削などの用途において利用したり、均一に光を透
過させる光透過部材として利用する際には、表面を研磨
して平滑化することが必要であるということは、前項で
述べた通りであるが、ダイヤモンドは非常に耐摩耗性の
高い物質であるため、その研磨は困難であるとともに、
工業的な生産性に欠けるという問題があった。First, a hard carbon film containing high-purity diamond usually has a rough surface with large irregularities, and is therefore used in applications such as sliding and cutting, or as a light transmitting member for transmitting light uniformly. As described in the previous section, it is necessary to grind the surface when polishing, but diamond is a very abrasion-resistant substance, so polishing is difficult. There are
There was a problem of lack of industrial productivity.
【0009】また、ダイヤモンドの研磨法としては、高
速で回転する鉄板にダイヤモンドの砥粒を含有する流体
を流しつつ、ワークを押しつけて研磨するスカイフ研磨
などの方法が一般に行われているが、この方法は平面に
対する研磨法であり、気相法で作製した複雑な曲面形状
を有するワークに対しては不向きであるという問題があ
った。[0009] As a method of polishing diamond, a method such as SKYF polishing, in which a workpiece is pressed and polished while a fluid containing diamond abrasive grains is passed through an iron plate rotating at a high speed, is generally used. The method is a polishing method for a flat surface, and has a problem that it is not suitable for a work having a complicated curved surface shape manufactured by a gas phase method.
【0010】また、特開昭62−41800号公報に示
されている化学的研磨法も、平面のワークに対する研磨
技術であるため、複雑な曲面形状を有するワークに対し
ては、研磨が難しい。さらに研磨を高温の水素雰囲気中
で行う必要があるため、手間がかかるだけでなく、安全
性にも問題がある。The chemical polishing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-41800 is also a polishing technique for a flat work, and therefore it is difficult to polish a work having a complicated curved surface. Further, since polishing must be performed in a high-temperature hydrogen atmosphere, not only is it time-consuming, but also there is a problem in safety.
【0011】また、特開昭61−151097号公報や
特開平1−153228号公報、特開平4−10170
2号公報などで開示されている、平滑な基板に成長させ
た膜の裏面を利用する方法も、目的とする製品が平面で
ない場合は適用が難しい。例えば、特開平4−2652
98号公報に示されているように、目的物が複雑な形状
を有する場合は、目的物の表面形状と同じ形状を有する
型を作製する必要があるため、非常な手間とコストを必
要とする。さらに、これらの方法では、ろう付けなどで
膜を目的物に貼りつける工程を必要とするため、寸法精
度が厳しい製品の製造には不向きであるという問題があ
った。Further, JP-A-61-151097, JP-A-1-153228, and JP-A-4-10170.
The method of using the back surface of a film grown on a smooth substrate, which is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2 (1995) -207, is difficult to apply when the target product is not flat. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-2652
As shown in Japanese Patent Publication No. 98, when an object has a complicated shape, it is necessary to produce a mold having the same shape as the surface shape of the object, which requires extremely labor and cost. . Furthermore, these methods require a step of attaching a film to an object by brazing or the like, and thus have a problem that they are not suitable for manufacturing a product having strict dimensional accuracy.
【0012】これに対して、特開昭60−71597号
公報や特開平1−152621号公報、特開平1−20
8309号公報、特開平1−230496号公報に開示
されるような、不純物を含有する硬質炭素膜では、自形
を有しない粒径の小さい膜が得られるため、一見、摺
動、切削などの分野に応用するのに好適であるかのよう
に思われる。しかしながら、これらの膜はダイヤモンド
が結晶ではなく、非晶質のような状態で存在していた
り、膜中に多量の不純物を含むため、現実には摺動や切
削の初期には良好な特性を示すものの耐摩耗性が不足
し、膜が早く摩滅してしまうため、ダイヤモンド本来の
特性を充分に発揮できないのが現状である。また、この
ような膜は粒界に存在する不純物により熱伝導に寄与す
るフォノンが散乱されるために、ダイヤモンドの持つ高
熱伝導性を充分に発揮することができないという問題点
もあった。On the other hand, JP-A-60-71597, JP-A-1-152621, and JP-A-1-20
In the hard carbon film containing impurities as disclosed in JP-A-8309 and JP-A-1-230496, a film having a small particle size having no self-form can be obtained. It seems to be suitable for application in the field. However, in these films, diamond exists not in a crystalline state but in an amorphous state, or contains a large amount of impurities in the film. As shown, the wear resistance is insufficient, and the film is worn away quickly, so that at present, the original characteristics of diamond cannot be sufficiently exhibited. Further, such a film has a problem in that phonons contributing to heat conduction are scattered by impurities present at the grain boundaries, so that the high thermal conductivity of diamond cannot be sufficiently exhibited.
【0013】また、特開昭62−107068号公報や
特開昭63−307196号公報などに(110)面を
配向成長させて利用しようという試みが開示されている
が、前者は表面に(100)面と(110)面が混合し
て存在しているため、完全に平滑な面が得られにくく、
さらに(100)面と(110)面のみが同時に析出す
る条件は非常に狭く、汎用性に欠けるという問題があ
る。そして、後者は高濃度で合成した結晶性の悪い微結
晶膜の上に(110)面を成長させているが、ダイヤモ
ンドの成長においては下地の影響を非常に受けやすいた
め、後で成長させた(110)配向膜の結晶性が悪化
し、(110)面の配向成長中に別の面(例えば、X線
回折により観測されるのは、(311)面や(400)
面、(331)面などであるが、これらが二次的に成長
し、膜の平滑性を乱す原因となるという問題があった。Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-107068 and 63-307196 disclose attempts to grow the (110) plane by orientation, and use the (100) plane. ) And (110) planes are present in a mixture, making it difficult to obtain a completely smooth surface.
Furthermore, the conditions under which only the (100) plane and the (110) plane are simultaneously precipitated are very narrow, and there is a problem that versatility is lacking. In the latter, the (110) plane is grown on a microcrystalline film synthesized at a high concentration and having poor crystallinity. However, the diamond is very easily affected by the underlayer, and is grown later. The crystallinity of the (110) orientation film is deteriorated, and another surface (for example, the (311) plane or the (400)
Plane, (331) plane and the like, but there is a problem that these grow secondarily and cause disturbance of the smoothness of the film.
【0014】本発明の目的は、上記の問題を解決し、表
面平滑性に優れるとともに、高耐摩摺動性、高熱伝導
性、高光透過特性を兼ね備えた硬質炭素膜および硬質炭
素膜被覆部材を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems and provide a hard carbon film and a hard carbon film-coated member which are excellent in surface smoothness and have high wear resistance, high thermal conductivity and high light transmission characteristics. Is to do.
【0015】[0015]
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、前記問
題点に対して検討を重ね、硬質炭素膜を形成する場合の
各種の成膜方法、成膜条件、生成される硬質炭素膜の特
性などについて詳細に検討したところ、硬質炭素膜のX
線回折におけるダイヤモンドのピーク間の強度および平
均粒径がある一定の関係を満たすときに前記目的を達成
した膜が得られることを見い出し、本発明に至った。Means for Solving the Problems The present inventors have studied the above problems and have studied various film forming methods, film forming conditions, and formed hard carbon films when forming a hard carbon film. The characteristics of the hard carbon film were examined in detail.
The inventors have found that a film that achieves the above object can be obtained when the intensity between diamond peaks and the average particle diameter in line diffraction satisfy a certain relationship.
【0016】即ち、本発明の硬質炭素膜は、ダイヤモン
ドを含有する硬質炭素膜において、X線回折におけるダ
イヤモンドのピークの強度について、f=(p−p0)
/(1−p0)(ただし、pは配向試料における(注目
ピーク強度)/(全ピーク強度の総和)とし、p0は未
配向試料(粉末ダイヤモンド)における(注目ピーク強
度)/(全ピーク強度の総和))と定めたときの各ピー
クにおけるfをf(hkl)で表したときに、f(11
1)≦−0.1、0.2≦f(220)≦0.9、|f
(311)+f(400)+f(331)|≦0.1を
満足するとともに、膜の表面における結晶粒子の長径方
向のサイズが、平均2μm以上であることを特徴とする
ものである。また、各ピークにおけるfをf(hkl)
で表したときに、f(111)≦−0.5、0.4≦f
(220)≦0.75、|f(311)+f(400)
+f(331)|≦0.05を満足することが望まし
い。That is, in the hard carbon film of the present invention, in the hard carbon film containing diamond, the intensity of the diamond peak in X-ray diffraction is represented by f = (p-p 0 ).
/ (1−p 0 ) (where p is (attention peak intensity) in the oriented sample / (sum of all peak intensities), and p 0 is (attention peak intensity) / (total peak intensity) at the unoriented sample (powder diamond). F (hkl) where f (hkl) represents f at each peak when
1) ≦ −0.1, 0.2 ≦ f (220) ≦ 0.9, | f
(311) + f (400) + f (331) | ≦ 0.1, and the average size of crystal grains in the major axis direction on the surface of the film is 2 μm or more. Also, f at each peak is f (hkl)
F (111) ≦ −0.5, 0.4 ≦ f
(220) ≦ 0.75, | f (311) + f (400)
+ F (331) | ≦ 0.05 is preferably satisfied.
【0017】さらに、顕微ラマン分光法により硬質炭素
膜の表面のラマンスペクトル測定を行った際の、133
3±5cm-1に存在するダイヤモンドのピークの半価幅
が10cm-1以下であることが望ましく、1333±5
cm-1に存在するダイヤモンドのピークの半価幅が8c
m-1以下であることがさらに望ましい。膜の熱伝導率は
800W/mk以上であることが望ましい。そして、基
体表面に上記した硬質炭素膜を形成してなる硬質炭素膜
被覆部材である。Further, when the Raman spectrum of the surface of the hard carbon film was measured by micro Raman spectroscopy, 133
The half-width of the peak of the diamond present at 3 ± 5 cm −1 is desirably 10 cm −1 or less, and 1333 ± 5 cm
The peak half width of the diamond peak at cm -1 is 8c
It is more desirable that the value be not more than m −1 . The thermal conductivity of the film is desirably 800 W / mk or more. And it is a hard carbon film covering member obtained by forming the above-mentioned hard carbon film on the surface of the base.
【0018】硬質炭素膜は、例えば、炭素を含有する原
料ガスを分解、プラズマ化し、基体表面に硬質炭素膜を
形成する方法において、基体表面におけるプラズマの電
子温度が8eV以下、電子密度が1×1011cm-3以
上、基体温度が800℃以上の条件で生成される。The hard carbon film is formed, for example, by decomposing a raw material gas containing carbon into plasma and forming a hard carbon film on the surface of the substrate, wherein the electron temperature of the plasma on the surface of the substrate is 8 eV or less and the electron density is 1 ×. It is formed under the conditions of 10 11 cm -3 or more and the substrate temperature of 800 ° C. or more.
【0019】以下、本発明を詳述する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【0020】本発明の硬質炭素膜は、ダイヤモンドを膜
中に含有してなるものであるが、まず、X線回折におけ
るダイヤモンドのピークの強度について、f=(p−p
0 )/(1−p0 )(ただし、pは配向試料における
(注目ピーク強度)/(全ピーク強度の総和)とし、p
0 は未配向試料における(注目ピーク強度)/(全ピー
ク強度の総和)と定めたときの各ピークにおけるfをf
(hkl)で表したときに、f(111)≦−0.1、
0.2≦f(220)≦0.9、|f(311)+f
(400)+f(331)|≦0.1を満たすもので、
f(111)≦−0.5 かつ 0.4≦f(220)
≦0.75、|f(311)+f(400)+f(33
1)|≦0.05を満たすことが望ましい。The hard carbon film of the present invention contains diamond in the film. First, regarding the intensity of the diamond peak in X-ray diffraction, f = (pp)
0 ) / (1−p 0 ) (where p is (target peak intensity) / (sum of all peak intensities) in the oriented sample, and p
0 is f in each peak when (indicated peak intensity) / (sum of all peak intensities) in the unoriented sample is defined as f
When expressed as (hkl), f (111) ≦ −0.1,
0.2 ≦ f (220) ≦ 0.9, | f (311) + f
(400) + f (331) | ≦ 0.1,
f (111) ≦ −0.5 and 0.4 ≦ f (220)
≦ 0.75, | f (311) + f (400) + f (33
1) It is desirable to satisfy | ≦ 0.05.
【0021】上の式の意味は次の通りである。まずpは
ダイヤモンドの全ピーク強度の総和に対して注目するピ
ーク(hkl)の強度が占める割合を意味し、f(hk
l)は無配向の粉末ダイヤモンドに対して、注目するピ
ーク(hkl)が配向している割合の指標となるもので
ある。よってこのfが大きいほど、そのピークの強度が
強くなっていることを意味する。さらに、この値が負に
なるときは、そのピークが本来持つべき強度(無配向の
場合の強度)よりも低くなっていることを意味する。本
発明者等は、硬質炭素膜の生成条件を種々に変化させる
ことによって、X線回折ピークにおいて様々なfの値を
有する硬質炭素膜を形成し、このfの値と硬質炭素膜の
特性との関係を丹念に調査したところ、f(111)の
値が大きいときは、耐摩耗性に優れるが膜の平滑性に欠
けることを見いだした。The meaning of the above equation is as follows. First, p means the ratio of the intensity of the peak of interest (hkl) to the sum of all peak intensities of diamond, and f (hk
l) is an index of the ratio of the peak (hkl) of interest oriented to the non-oriented powdered diamond. Therefore, the larger the value of f, the stronger the peak intensity. Further, when this value is negative, it means that the peak is lower than the intensity that the peak should originally have (the intensity in the case of no orientation). The present inventors formed a hard carbon film having various values of f at the X-ray diffraction peak by changing the conditions for forming the hard carbon film in various ways, and the value of f and the characteristics of the hard carbon film When the value of f (111) was large, it was found that the film had excellent abrasion resistance but lacked the smoothness of the film.
【0022】従来の方法により得られる硬質炭素膜は、
ダイヤモンドの(111)のピーク強度が最も大きいの
が常であり、このような膜はダイヤモンドの結晶の自形
が表面にはっきりと露出してしまっているものが大多数
である。ダイヤモンドの(111)面は他の面に比べ
て、原子の存在密度が大きいため、硬く耐摩耗性が優れ
ているはずであるが、他の面に比べて、不純物原子を取
り込みやすいという問題点もある。例えば、カソードル
ミネセンスによる評価では、不純物のボロン原子が(1
11)面に取り込まれて、青色発光することが一般に知
られている。このような不純物はダイヤモンドの特性に
様々な悪影響を与える恐れがある。The hard carbon film obtained by the conventional method is
The peak intensity of (111) of diamond is usually the highest, and most of such films have a diamond crystal with its crystal shape clearly exposed on the surface. Since the (111) plane of diamond has a higher density of atoms than other planes, it should be hard and excellent in abrasion resistance, but the problem is that impurity atoms are more likely to be taken in than the other planes. There is also. For example, in the evaluation by cathodoluminescence, the boron atom of the impurity is (1).
11) It is generally known that blue light is emitted when the light is captured by the surface. Such impurities can have various adverse effects on the properties of diamond.
【0023】これに対して、本発明の硬質炭素膜は、
(220)のピークが他のピークに比べて強いのが特徴
である。これにより、硬質炭素膜の耐摩耗性、熱伝導性
を高め、組織が制御された平滑性の高い膜を形成するこ
とが可能となっている。(220)のピークは、(11
0)面に起因しているが、この面は(111)面よりも
不純物原子の混入が少ないため、かえって高い耐摩耗性
を示すものと思われる。On the other hand, the hard carbon film of the present invention
The feature is that the peak of (220) is stronger than the other peaks. This makes it possible to increase the wear resistance and thermal conductivity of the hard carbon film, and to form a film having a controlled texture and high smoothness. The peak of (220) is (11)
This is attributed to the (0) plane, but since this plane contains less impurity atoms than the (111) plane, it is considered that the plane exhibits rather high wear resistance.
【0024】また、結晶の成長方向を考えると(11
1)面の場合、一つの結晶粒子が周囲に大きく広がって
成長するため、結果として成長後の膜の表面は大きな結
晶粒子から構成された凹凸の激しい粗い面となりやす
い。それに比べて本発明においては(220)面の成長
が主体となるが、この成長は(111)面と比べて広が
りかたが少なく、このため結晶粒子が一定方向に成長
し、平滑な膜が得られやすいものと思われる。Considering the crystal growth direction, (11)
In the case of the 1) plane, one crystal grain grows widely around the periphery, and as a result, the surface of the film after the growth tends to be a rough surface having large irregularities composed of large crystal grains. On the other hand, in the present invention, the growth of the (220) plane is mainly performed, but this growth is less widespread than the (111) plane, so that the crystal grains grow in a certain direction, and a smooth film is formed. It seems to be easy to obtain.
【0025】また、f(111)≦−0.1としたの
は、f(111)が0より大きいと上述したように、組
織の平滑性が崩れてしまうため、この範囲にあるのがよ
い。さらに望ましくは、−0.5以下のときに優れた特
性が最も良く発揮される。The reason why f (111) ≦ −0.1 is satisfied is that f (111) is larger than 0, as described above, because the smoothness of the tissue is lost. . More desirably, excellent characteristics are best exhibited at -0.5 or less.
【0026】さらに、0.2≦f(220)≦0.9と
したのは、0.2より小さいと耐摩耗性及び平滑性の効
果が現れにくく、0.9より大きいとDLC(ダイヤモ
ンド状炭素)の特性に近づいて耐摩耗性が欠けるように
なるため、この範囲内にあるのがよい。f(220)
は、望ましくは0.4から0.75の範囲内にあるとき
に、その優れた特性が最も良く発揮される。Further, the reason for satisfying 0.2 ≦ f (220) ≦ 0.9 is that if it is smaller than 0.2, the effect of wear resistance and smoothness is hardly exhibited, and if it is larger than 0.9, DLC (diamond-like) is not obtained. It is preferable to be within this range, because the properties of the carbon) become close to the wear resistance. f (220)
Exhibits its best characteristics when it is desirably in the range of 0.4 to 0.75.
【0027】そして、|f(311)+f(400)+
f(331)|≦0.1としたのは、0.1より大きい
ときには、これらのピークの原因となる面が膜表面に出
現し、それぞれ別々の方向に成長を始めるため、面の平
滑性が保たれなくなる。また、これらの面は原子の密度
が異なっているため、研磨の際にもムラが生じやすくな
るという問題がある。そのため、f(311),f(4
00),f(331)の総和が+0.1以下であること
が必要である。しかしながら、これらの値があまりに低
く、f(311),f(400),f(331)の総和
が−0.1よりも小さくなるときは、これらのピークが
本来あるべき強度(無配向の粉末ダイヤモンドの場合の
強度)よりも非常に低くなっていることを意味し、この
場合には硬質炭素膜中のダイヤモンドの結晶格子中に無
理な歪が加わっていることになり、ダイヤモンドの結晶
性が低下する傾向にある。したがって、これらの理由か
らこのf(311)、f(400)、f(331)のピ
ーク強度の総和の絶対値が0.1以下であることが必要
であり、特に0.05〜0.1であることが望ましい。Then, | f (311) + f (400) +
The reason for setting f (331) | ≦ 0.1 is that, when the value is larger than 0.1, the surface causing these peaks appears on the film surface and starts to grow in different directions. Will not be maintained. In addition, since these surfaces have different atomic densities, there is a problem that unevenness is likely to occur during polishing. Therefore, f (311), f (4
00), f (331) needs to be +0.1 or less. However, when these values are too low and the sum of f (311), f (400), and f (331) is smaller than -0.1, these peaks should have the original intensity (unoriented powder). Strength in the case of diamond), in which case excessive strain is applied to the crystal lattice of the diamond in the hard carbon film, and the crystallinity of the diamond decreases. It tends to decrease. Therefore, for these reasons, the absolute value of the sum of the peak intensities of f (311), f (400), and f (331) needs to be 0.1 or less, particularly 0.05 to 0.1. It is desirable that
【0028】次に、本発明においては、硬質炭素膜の表
面における結晶粒子の長径方向のサイズが、平均2μm
以上であることが望ましい。通常X線回折において、
(220)が配向となるような場合は、膜を構成する粒
子が数100オングストロームと非常に微細となるのが
常であった。このような膜は、膜の平滑性に富むものの
耐摩耗用途では粒子の脱落により耐摩耗性が悪い。ま
た、膜中において粒界が占める割合が高くなるため、粒
界に存在する不純物によって、熱伝導に寄与するフォノ
ンが散乱されたりするなどして、熱伝導特性も悪化する
など、ダイヤモンドの優れた特性を生かせないのが現状
であった。しかしながら、本発明によれば、膜を構成す
る粒子を(220)に配向させながら成長させるため、
膜の平滑性を保ったままダイヤモンドの優れた特性を生
かすことができる。本発明においては、膜の表面におけ
る結晶粒子の長径方向のサイズが平均2μm以上である
ことが重要で、これ以下であると上述したようにダイヤ
モンドの優れた特性を充分に生かすことができない。特
に、この結晶粒子のサイズは平均5μm以上あることが
望ましい。ここで、長径方向のサイズとは、膜表面に露
出している結晶粒子の表面における最大幅を意味し、こ
の平均が2μm以上であることが望ましい。Next, in the present invention, the average size of crystal grains on the surface of the hard carbon film in the major axis direction is 2 μm.
It is desirable that this is the case. Usually in X-ray diffraction,
In the case where (220) is oriented, the particles constituting the film are usually very fine, several hundred angstroms. Although such a film is rich in the smoothness of the film, it has poor abrasion resistance in abrasion-resistant applications due to particles falling off. In addition, since the proportion of the grain boundaries in the film is high, the phonons contributing to heat conduction are scattered by impurities present at the grain boundaries, and the heat conduction characteristics are deteriorated. At present it was not possible to make use of the characteristics. However, according to the present invention, since the particles constituting the film are grown while being oriented to (220),
The excellent characteristics of diamond can be utilized while maintaining the smoothness of the film. In the present invention, it is important that the average size of the crystal grains on the surface of the film in the major axis direction is 2 μm or more. If it is less than 2 μm, the excellent characteristics of diamond cannot be sufficiently utilized as described above. Particularly, it is desirable that the average size of the crystal grains is 5 μm or more. Here, the size in the major axis direction means the maximum width of the crystal grains exposed on the surface of the film, and it is desirable that the average is 2 μm or more.
【0029】次に、本発明における硬質炭素膜の表面を
顕微ラマン分光法により、ラマンスペクトル測定を行っ
たとき、1333±5cm-1に存在するダイヤモンドの
ピークの半価幅が10cm-1以下であることが必要であ
る。このダイヤモンドのピーク半価幅は、その値が大き
くなるに従い、ダイヤモンドの結晶としての完全性に乱
れが生ずることを意味し、逆にその値が小さくなるに従
い、結晶の完全性が向上することを意味するものであ
る。上述したように通常(220)が配向したダイヤモ
ンド膜は、膜を構成する個々の粒子が微細となるため、
ラマンスペクトルを測定すると、ラマンスペクトルのサ
イズ効果という現象によって、ピークがブロードで弱く
なりやすかった。Next, when the surface of the hard carbon film according to the present invention was subjected to Raman spectroscopy by microscopic Raman spectroscopy, when the half-value width of the diamond peak at 1333 ± 5 cm -1 was 10 cm -1 or less. It is necessary to be. The peak half width of this diamond means that as its value increases, the integrity of the diamond as a crystal becomes disordered, and conversely, as its value decreases, the crystal integrity improves. Is what it means. As described above, in the diamond film in which the (220) is normally oriented, individual particles constituting the film are fine,
When the Raman spectrum was measured, the peak was likely to be broad and weak due to a phenomenon called the size effect of the Raman spectrum.
【0030】しかしながら、本発明による硬質炭素膜を
構成する結晶粒子は、ラマンスペクトルのサイズ効果が
起こる領域(結晶粒子サイズ1μm以下)よりも粒径が
大きいダイヤモンドからなるために、このサイズ効果を
受けることがない。したがって、本発明による硬質炭素
膜は、上記ダイヤモンドピーク半価幅が10cm-1以下
になるようなものを得ることができる。本発明におい
て、半価幅が10cm-1よりも大きくなるような場合
は、ダイヤモンドの結晶格子に乱れが生じているため、
熱伝導率が低下したり、膜の透過率が減少したりして、
ダイヤモンドの優れた特性を充分に生かすことができな
い。したがって、10cm-1以下であることが必要であ
り、望ましくは8cm-1以下であるときに、ダイヤモン
ドの優れた性質が最も良く発揮される。However, the crystal grains constituting the hard carbon film according to the present invention are made of diamond having a grain size larger than a region where the size effect of the Raman spectrum occurs (crystal grain size of 1 μm or less), and therefore suffer from this size effect. Nothing. Therefore, the hard carbon film according to the present invention can be obtained such that the diamond peak half width is 10 cm -1 or less. In the present invention, when the half width is larger than 10 cm −1 , since the crystal lattice of diamond is disordered,
The thermal conductivity decreases, the permeability of the membrane decreases,
The superior properties of diamond cannot be fully utilized. Therefore, it is necessary to be 10 cm -1 or less, and when it is preferably 8 cm -1 or less, the excellent properties of diamond are best exhibited.
【0031】さらに、本発明における硬質炭素膜の熱伝
導率は、800W/(m・K)以上であることが重要で
ある。通常(220)が配向したダイヤモンド膜は、そ
れを構成する個々の粒子が微細となるため、結晶粒界で
熱伝導に寄与するフォノンが散乱されやすく、熱伝導率
は低いのが常であった。ところが、本発明による硬質炭
素膜は粒子のサイズが大きいため、膜中で粒界の占める
割合が少なく、高い熱伝導率を得ることができる。本発
明においては、800W/(m・K)よりも小さいと、
特に高い熱伝導率を利用する用途においてその特性を充
分に発揮することができない。熱伝導率は、特に100
0W/(m・K)以上あることが望ましい。Further, it is important that the thermal conductivity of the hard carbon film in the present invention is 800 W / (m · K) or more. Usually, in a diamond film in which (220) is oriented, individual particles constituting the film become fine, so that phonons contributing to heat conduction are easily scattered at crystal grain boundaries, and the thermal conductivity is usually low. . However, since the hard carbon film according to the present invention has a large particle size, the proportion occupied by the grain boundaries in the film is small, and a high thermal conductivity can be obtained. In the present invention, when it is smaller than 800 W / (m · K),
In particular, the characteristics cannot be sufficiently exhibited in applications utilizing high thermal conductivity. The thermal conductivity is especially 100
It is desirable that it be 0 W / (m · K) or more.
【0032】本発明における硬質炭素膜を合成するため
には、例えば、炭素を含有する原料ガスを分解、プラズ
マ化して基体上に成膜する方法が用いられるが、その際
に基体表面におけるプラズマの電子温度が8eV以下
で、かつ、電子密度を1×1011cm-3以上とし、さら
に、基体表面の温度が800℃以上となるような条件を
用いることによって合成が可能である。In order to synthesize a hard carbon film according to the present invention, for example, a method of decomposing a raw material gas containing carbon into a plasma to form a film on a substrate is used. Synthesis can be performed by using conditions such that the electron temperature is 8 eV or less, the electron density is 1 × 10 11 cm −3 or more, and the temperature of the substrate surface is 800 ° C. or more.
【0033】電子温度は、プラズマ中に存在する電子の
温度であり、低圧力の非平衡プラズマにおけるシース電
位を決定するパラメータであるが、この電子温度が8e
Vよりも大きいとイオン衝撃エネルギーが大きくなり、
硬質炭素膜に与えるダメージが大きくなるため、膜中の
ダイヤモンドが非晶質化したり格子欠陥を生じたりする
ので、膜が劣化し耐摩耗性を失ってしまう。電子密度
は、成膜に寄与する活性種の密度を決定する大きな要素
であり、本発明においては、この電子密度を1×1011
cm-3以上とすることによって、活性種を高密度化し、
核の発生密度を飛躍的に高めて、結晶を(220)配向
させながら成長することを可能にしている。後で詳しく
述べるが、電子密度が1×1011cm-3よりも小さいと
(111)配向する傾向が濃厚になるため、この値以上
であることが望ましい。また、基体表面の温度は、プラ
ズマ中のダイヤモンド合成に寄与する活性種が基体表面
に到達してから、どれだけ動きまわれるか(マイグレー
ションできるか)の指標となるもので、これが低いと、
基体に到達して充分に動きまわることができず、到達し
た時点ですぐに凍結されてしまう。そのような場合は、
結晶の成長が不十分になり、粒子が微細になってしま
う。この基体温度を800℃以上に保つことによって粒
子の成長を促進させ、微細化を防ぐことが可能になる。
電子温度は5eV以下、電子密度は3×1011cm-3以
上、基体温度は900℃以上であることが望ましい。The electron temperature is the temperature of the electrons existing in the plasma, and is a parameter for determining the sheath potential in the low-pressure non-equilibrium plasma.
If it is larger than V, the ion impact energy increases,
Since the damage to the hard carbon film increases, diamond in the film becomes amorphous or lattice defects occur, so that the film deteriorates and loses wear resistance. The electron density is a major factor that determines the density of active species contributing to film formation. In the present invention, the electron density is 1 × 10 11
cm -3 or more to increase the density of active species,
The nucleus generation density is dramatically increased, and the crystal can be grown while being oriented (220). As will be described later in detail, if the electron density is smaller than 1 × 10 11 cm −3, the tendency of the (111) orientation is increased. Further, the temperature of the substrate surface is an index of how much the active species contributing to the diamond synthesis in the plasma reach the substrate surface and move around (migration can be performed).
When they reach the substrate, they cannot move sufficiently, and are frozen immediately upon arrival. In such a case,
Insufficient crystal growth results in fine particles. By maintaining the substrate temperature at 800 ° C. or higher, it is possible to promote the growth of particles and to prevent fineness.
It is desirable that the electron temperature is 5 eV or less, the electron density is 3 × 10 11 cm −3 or more, and the substrate temperature is 900 ° C. or more.
【0034】硬質炭素膜を形成するためのプラズマを用
いた成膜方法としては、一般的なマイクロ波プラズマC
VD法、高周波プラズマCVD法、熱プラズマCVD法
などが知られているが、このような方法では本発明の硬
質炭素膜を形成するのは難しい。その理由は、これらの
方法は数torr〜大気圧と高い圧力領域でプラズマを
生成しているため、プラズマが小さい領域に集中してし
まい、成膜条件を変化させてもプラズマそのものに変化
が起こりにくく、上記のプラズマの電子温度や電子密度
を変化させるのが困難なためである。さらに、プラズマ
の生成空間が狭く、探針をプラズマに挿入して電子温度
や密度を測定しようとすると、それによってプラズマが
影響を受けて状態が変化してしまうため、プラズマの測
定そのものが難しいといった問題もある。As a film forming method using plasma for forming a hard carbon film, a general microwave plasma C is used.
A VD method, a high-frequency plasma CVD method, a thermal plasma CVD method and the like are known, but it is difficult to form the hard carbon film of the present invention by such a method. The reason is that these methods generate plasma in a high pressure range of several torr to atmospheric pressure, so the plasma concentrates in a small region, and even if the film forming conditions are changed, the plasma itself changes. This is because it is difficult to change the electron temperature and electron density of the plasma. Furthermore, it is difficult to measure the plasma itself because the space where the plasma is generated is narrow, and when the probe is inserted into the plasma to measure the electron temperature and density, the plasma is affected and the state changes. There are also problems.
【0035】そこで、本発明における硬質炭素膜を合成
するためには、成膜方法として、電子サイクロトロンプ
ラズマCVD法(以下、ECRプラズマ法という)を採
用することが望ましい。この方法によれば、低圧力で広
い空間中に均一、かつ高密度なプラズマを発生させるこ
とができるため、通常のマイクロ波プラズマCVD法並
の成長速度を保ったまま、多くの部材に対して均一な膜
厚で硬質炭素膜を成長させることができる。さらに、プ
ラズマの領域が広く、プラズマの測定による影響を受け
にくく、電子温度・電子密度といったパラメータの制御
も比較的容易であるといった利点がある。このECRプ
ラズマ法による製造方法について、図1をもとに説明す
る。反応炉1内には炭素膜が形成される母材2が設置さ
れている。また、反応炉の周囲には反応炉内にプラズマ
を発生させるためのマイクロ波発生装置3および磁界を
発生させるための電磁コイル4が配置されている。Therefore, in order to synthesize the hard carbon film in the present invention, it is desirable to employ an electron cyclotron plasma CVD method (hereinafter, referred to as an ECR plasma method) as a film forming method. According to this method, a uniform and high-density plasma can be generated in a wide space at a low pressure, so that many members can be generated while maintaining the growth rate of a normal microwave plasma CVD method. A hard carbon film can be grown with a uniform film thickness. Further, there is an advantage that the plasma region is wide, is not easily affected by the plasma measurement, and the control of parameters such as electron temperature and electron density is relatively easy. A manufacturing method using the ECR plasma method will be described with reference to FIG. A base material 2 on which a carbon film is formed is installed in a reaction furnace 1. A microwave generator 3 for generating plasma in the reactor and an electromagnetic coil 4 for generating a magnetic field are arranged around the reactor.
【0036】かかる装置を用いて成膜する場合には、反
応炉内に炭素膜生成用ガスとして少なくともメタンなど
の炭素を含有する原料ガスを、場合により水素などのキ
ャリアガスと共にガス導入炉5を経由して炉内に導入す
る。そして、反応炉内を圧力1torr以下の低圧力に
維持すると同時に、導波管6により2.45GHzのマ
イクロ波を炉内に導入する。それと同時に電磁コイル4
により約875ガウス以上のレベルの磁界を印加する。
これにより、電子はサイクロトロン周波数f=eB/2
πm(e:電子の電荷、B:磁束密度、m:電子の質
量)に基づき、サイクロトロン運動を起こす。この周波
数がマイクロ波の周波数(2.45GHz)と一致する
とき、即ち、磁束密度Bが875ガウスとなる時に、電
子サイクロトロン共鳴が生じる。これにより電子はマイ
クロ波のエネルギーを著しく吸収して加速され、中性分
子に衝突し電離を起こさせ、低圧力でも高密度のプラズ
マを生成するようになる。なお、このときの基体の温度
を100〜1200℃に保持することにより、基体表面
に硬質炭素膜を形成することができる。When a film is formed by using such an apparatus, a gas introduction furnace 5 containing at least a raw material gas containing at least carbon such as methane as a gas for forming a carbon film and optionally a carrier gas such as hydrogen in a reaction furnace. Through the furnace. Then, while keeping the inside of the reaction furnace at a low pressure of 1 torr or less, a microwave of 2.45 GHz is introduced into the furnace through the waveguide 6. At the same time, the electromagnetic coil 4
To apply a magnetic field of a level of about 875 gauss or more.
As a result, the electrons move to the cyclotron frequency f = eB / 2.
Cyclotron motion is generated based on πm (e: electron charge, B: magnetic flux density, m: electron mass). When this frequency coincides with the microwave frequency (2.45 GHz), that is, when the magnetic flux density B becomes 875 Gauss, electron cyclotron resonance occurs. As a result, the electrons are remarkably absorbed by the microwave energy, accelerated, collide with neutral molecules and cause ionization, and generate high-density plasma even at a low pressure. By maintaining the temperature of the substrate at 100 to 1200 ° C. at this time, a hard carbon film can be formed on the surface of the substrate.
【0037】本発明において、前述した所定の特性を有
する硬質炭素膜を生成させる場合には、およそ基体温度
を800℃〜1100℃、原料ガス濃度を1%〜30
%、炉内圧力を1×10-3〜1torrの範囲に設定す
ればよい。この基体温度は、成膜中基体表面から発せら
れる赤外線を測定することによって測定が可能である。In the present invention, when a hard carbon film having the above-mentioned predetermined characteristics is formed, the substrate temperature is set to about 800 ° C. to 1100 ° C., and the raw material gas concentration is set to 1% to 30 ° C.
% And the furnace pressure may be set in the range of 1 × 10 −3 to 1 torr. This substrate temperature can be measured by measuring infrared rays emitted from the substrate surface during film formation.
【0038】この基体温度は、投入するマイクロ波のパ
ワー、圧力、原料ガス濃度などによって変化するため、
事前に成膜条件と同一の条件で測定を行っておく必要が
ある。Since the substrate temperature changes depending on the power, pressure, source gas concentration, etc. of the microwave to be supplied,
It is necessary to measure in advance under the same conditions as the film formation conditions.
【0039】また、基体表面におけるプラズマの電子温
度が8eV以下で、かつ、電子密度が1×1011cm-3
以上となるような位置に基体を設置することが重要であ
るが、これを達成するためには、あらかじめ成膜に用い
る条件と同じ条件で、プラズマの電子温度、電子密度の
測定を行い、上記の条件を満たす領域を調査しておく必
要がある。この測定は既知のプラズマ診断法、例えばラ
ングミュア探針法を用いて行うのがよい。これらの電子
温度や電子密度は投入するマイクロ波のパワー、圧力、
磁場配位により制御することができる。例えば、マイク
ロ波のパワーを上げるか、圧力を下げるかすると電子温
度は上昇し、電子密度は増大する傾向にある。これらの
バランスをうまく取って成膜条件を決定することが必要
である。The electron temperature of the plasma on the substrate surface is 8 eV or less, and the electron density is 1 × 10 11 cm −3.
It is important to place the substrate at a position as described above, but in order to achieve this, the electron temperature and electron density of the plasma are measured in advance under the same conditions as those used for film formation. It is necessary to investigate an area that satisfies the condition of This measurement is preferably performed using a known plasma diagnostic method, for example, the Langmuir probe method. These electron temperature and electron density depend on the power of microwave input, pressure,
It can be controlled by magnetic field configuration. For example, when the microwave power is increased or the pressure is decreased, the electron temperature tends to increase, and the electron density tends to increase. It is necessary to properly balance these factors and determine the film forming conditions.
【0040】これらのガスの配合比率や種類は、特開昭
60−19197号公報や特開昭61−183198号
公報などに開示される公知の方法のいずれを用いても本
発明の効果に何ら影響を及ぼさない。The mixing ratio and type of these gases are not affected by the effects of the present invention by using any of the known methods disclosed in JP-A-60-19197 and JP-A-61-183198. Has no effect.
【0041】上記製造方法において用いられる炭素含有
原料ガスとしては、メタン、エタン、プロパンなどの炭
化水素ガスの他にCxHyOz(x、y、zはいずれも
1以上)で示されるような有機化合物やCO、CO2 な
どのガスを用いることもできる。The carbon-containing raw material gas used in the above-mentioned production method includes, in addition to hydrocarbon gases such as methane, ethane and propane, organic compounds such as CxHyOz (x, y and z are at least one). Gases such as CO and CO 2 can also be used.
【0042】また、本発明における硬質炭素膜を被覆す
る基体材料としては、特に限定されるものではないが、
例えば窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミックス材料
の他にWC−Co系超硬合金やTiC、TiCNを主成
分とするサーメットや、金属、プラスチックなどの材料
を用いることができる。耐摩耗分野の用途に用いる場合
は、これらの中でも特に窒化ケイ素、炭化ケイ素が硬質
炭素膜の主成分たるダイヤモンドと線熱膨張係数が近
く、膜との付着力が高いことから望ましい。また、熱伝
導や光学的な用途に用いる場合は、基体を除去してダイ
ヤモンドのみを用いることが多いため、基体を酸処理な
どによって容易に除去できる材料を用いたり、ダイヤモ
ンドとの線膨張係数差の大きな基体材料を用いて、熱応
力によってダイヤモンドを剥離させやすくすることが望
ましい。基体表面におけるダイヤモンドの核発生を促進
させるため、基体は成膜前にあらかじめその表面をダイ
ヤモンド砥粒などにより傷つけ処理をしておいてもよ
い。The base material for coating the hard carbon film in the present invention is not particularly limited,
For example, in addition to ceramic materials such as silicon nitride and silicon carbide, WC-Co cemented carbides, cermets containing TiC and TiCN as main components, and materials such as metals and plastics can be used. When used for applications in the field of wear resistance, silicon nitride and silicon carbide are particularly preferable because of their close linear thermal expansion coefficient to diamond, which is the main component of the hard carbon film, and high adhesion to the film. In addition, when used for heat conduction and optical applications, the substrate is often removed and only diamond is used. Therefore, a material that can easily remove the substrate by acid treatment or the like is used, or a difference in linear expansion coefficient from diamond is used. It is desirable to use a base material having a large diameter to facilitate the peeling of diamond by thermal stress. In order to promote the generation of diamond nuclei on the surface of the substrate, the surface of the substrate may be previously damaged by diamond abrasive grains or the like before film formation.
【0043】上述した方法によって得られる硬質炭素膜
は、主としてダイヤモンドからなっており、ほぼダイヤ
モンドに近い特性を示すが、若干の非晶質炭素成分、お
よびガス、成膜装置、基体材料などから混入した不可避
不純物をも含有している。The hard carbon film obtained by the above-mentioned method is mainly composed of diamond, and has a characteristic almost similar to diamond. However, it is mixed with a slight amount of amorphous carbon component, gas, film forming apparatus, base material and the like. Unavoidable impurities.
【0044】なお、上記の条件を満たすように成膜を行
えば非常に平滑な膜が得られるため、硬質炭素膜の表面
粗さはほとんど成膜した基体の表面粗さと同じか、わず
かにそれを上回る程度となる。したがって、実際に用い
る用途に応じて、適宜基体の表面粗さを事前に必要な面
粗さに仕上げておくのが好ましい。また、成膜後必要な
面粗さを上回っていた場合には、ダイヤモンドの微細な
砥粒を用いて、膜の仕上げ研磨を行えば良い。膜自体、
最初から非常に平滑であるため、この研磨もほんの少し
で充分な場合が多い。If the film is formed so as to satisfy the above conditions, a very smooth film can be obtained. Therefore, the surface roughness of the hard carbon film is almost the same as or slightly different from the surface roughness of the formed substrate. Will be more than Therefore, it is preferable to appropriately finish the surface roughness of the base body to a necessary surface roughness in advance according to the application actually used. If the required surface roughness exceeds the required value after the film formation, the film may be finish-polished using fine diamond abrasive grains. The membrane itself,
Since it is very smooth from the beginning, a little polishing is often sufficient.
【0045】[0045]
【作用】本発明による硬質炭素膜は、高い結晶性を有す
るダイヤモンドの結晶粒子を高い核生成密度で(22
0)面を配向させつつ、(311)、(400)、(3
31)のピークの原因となる結晶面の成長を抑制しなが
ら、大きな結晶粒子となるように成長させているため、
膜の表面が非常に平滑で、高耐摩耗性、高摺動性、高熱
伝導性、高光透過特性を具備している。ダイヤモンドの
結晶の成長は、(111)面でなく(220)面の成長
が主体となっているため、結晶の成長は2次元方向が主
体となり、一定方向に制御された結晶成長が可能となる
ものと思われる。このような(220)面に配向した大
きな結晶粒子からなるために、ラマンスペクトルのダイ
ヤモンドピークの半価幅は小さくなり、高い熱伝導率を
示すようになる。The hard carbon film according to the present invention has a high nucleation density (22
(311), (400), (3)
31) Since the crystal is grown to be large crystal grains while suppressing the growth of the crystal plane which causes the peak of 31),
The surface of the film is very smooth and has high abrasion resistance, high slidability, high thermal conductivity, and high light transmission characteristics. Since the growth of the diamond crystal is mainly performed on the (220) plane instead of the (111) plane, the crystal growth is mainly performed in the two-dimensional direction, and crystal growth controlled in a certain direction becomes possible. It seems to be. Due to such large crystal grains oriented in the (220) plane, the half-value width of the diamond peak in the Raman spectrum is reduced, and high thermal conductivity is exhibited.
【0046】また、本発明における硬質炭素膜の合成に
当たっては、膜が形成される基体表面におけるプラズマ
の電子温度を8eV以下とすることにより、膜へのイオ
ン衝撃を抑え、高耐摩耗性を有する高品質の膜の合成が
可能となる。また、基体表面におけるプラズマの電子密
度を1×1011cm-3以上とすることによって、活性種
を高密度化し、基体表面における過飽和度が高くなるた
め、核発生密度が飛躍的に高まり、(220)面が配向
した結晶からなる平滑な膜を得ることが可能となる。さ
らに基体温度を800℃以上にしているため、結晶粒子
のサイズが大きくなり、膜の微細化にともなう熱伝導
率、耐摩耗性の低下を防止することができる。これに対
して、一般的なマイクロ波プラズマCVD法により生成
されるプラズマの電子密度は、せいぜい1010cm-3で
あるため、活性種密度が低く、核発生密度も低く抑えら
れるため、膜は個々の結晶が大きく発達した凹凸の激し
い粗いものとなりやすい。In synthesizing the hard carbon film of the present invention, the electron temperature of the plasma on the surface of the substrate on which the film is formed is set to 8 eV or less, thereby suppressing ion bombardment of the film and having high wear resistance. High quality film can be synthesized. Further, by setting the electron density of the plasma on the substrate surface to 1 × 10 11 cm −3 or more, the active species are increased in density and the degree of supersaturation on the substrate surface is increased, so that the nucleation density is dramatically increased. It is possible to obtain a smooth film made of crystals whose (220) plane is oriented. Further, since the substrate temperature is set to 800 ° C. or higher, the size of the crystal grains becomes large, and it is possible to prevent a decrease in thermal conductivity and abrasion resistance due to miniaturization of the film. On the other hand, since the electron density of plasma generated by a general microwave plasma CVD method is at most 10 10 cm −3 , the active species density is low and the nucleation density is also low. Individual crystals are likely to be rough and highly rough with large irregularities.
【0047】また、この条件下において、硬質炭素膜中
のダイヤモンドの結晶の(220)面が(111)面に
比べて、優先的に成長する理由としては、現在まだ推測
の域を出ないが、ダイヤモンドの結晶成長において、結
晶面の成長様式から考えて、活性種の過飽和度が低いと
きは、(111)面の成長が支配的になり、その反対の
ときは(220)面の成長が支配的になると考えられ
る。そして、本発明では、1×1011cm-3以上の高い
プラズマ密度により高い活性種が得られているため、
(220)面が成長するものと思われる。また、電子温
度を8eV以下に抑えているため、(220)面の成長
中に高結晶性が保たれ、(311)、(400)、(3
31)のピークの原因となる二次的な核の発生が抑制さ
れ、純粋な(220)面の成長のみが促進されるものと
思われる。Under these conditions, the reason why the (220) plane of the diamond crystal in the hard carbon film grows preferentially as compared with the (111) plane cannot be speculated at present. In the crystal growth of diamond, the growth of the (111) plane becomes dominant when the degree of supersaturation of the active species is low, and the growth of the (220) plane becomes opposite when the degree of supersaturation of the active species is low. It is thought to be dominant. In the present invention, since a high active species is obtained by a high plasma density of 1 × 10 11 cm −3 or more,
The (220) plane seems to grow. Further, since the electron temperature is suppressed to 8 eV or less, high crystallinity is maintained during the growth of the (220) plane, and (311), (400), and (3)
It is considered that the generation of secondary nuclei causing the peak of 31) is suppressed, and only the growth of pure (220) plane is promoted.
【0048】[0048]
実施例1 図1に示したようなECRプラズマ装置中の反応炉内に
シリコンウェハを基体として設置し、最大2kGの強度
の磁場を印加するとともにマイクロ波パワー4kWの条
件で基体温度900℃、炉内圧力0.3torrの条件
で基体表面に成膜を行った。なお、反応ガスとしてはメ
タンガス、二酸化炭素、および水素ガスをそれぞれ、1
0sccm、20sccm、270sccmの流量比で
混合したものを用いた。この条件で硬質炭素膜が約10
0μmの膜厚となるように作製した。Example 1 A silicon wafer was installed as a substrate in a reaction furnace in an ECR plasma apparatus as shown in FIG. 1, a magnetic field having a maximum intensity of 2 kG was applied, and a substrate temperature of 900 ° C. was used under a microwave power of 4 kW. Film formation was performed on the substrate surface under the conditions of an internal pressure of 0.3 torr. In addition, methane gas, carbon dioxide, and hydrogen gas were
A mixture obtained at a flow rate ratio of 0 sccm, 20 sccm, and 270 sccm was used. Under these conditions, a hard carbon film of about 10
It was manufactured to have a thickness of 0 μm.
【0049】なお、基体の設置位置については、成膜前
に静電プローブにより、基体のない状態で、上記の硬質
炭素膜を合成する条件でのプラズマ測定を行い、電子温
度6.3eV、電子密度2.8×1011cm-3であるこ
とを確認した。Regarding the installation position of the substrate, before the film formation, plasma measurement was carried out with an electrostatic probe under the condition of synthesizing the hard carbon film without the substrate, and the electron temperature was 6.3 eV and the electron temperature was 6.3 eV. It was confirmed that the density was 2.8 × 10 11 cm −3 .
【0050】得られた炭素膜に対して、膜のX線回折を
行ったところ、ダイヤモンドのピークが検出され、それ
ぞれのピークのfの値を算出したところ、f(111)
=−0.7、f(220)=0.43、|f(311)
+f(400)+f(331)|=0.01となった。
なお、X線回折については通常行われるバルクの測定法
ならびに薄膜用の測定法の双方で行ったが、ピーク強度
比に変化はみられなかった。When the obtained carbon film was subjected to X-ray diffraction of the film, diamond peaks were detected, and the value of f of each peak was calculated.
= −0.7, f (220) = 0.43, | f (311)
+ F (400) + f (331) | = 0.01.
Note that the X-ray diffraction was measured by both the bulk measurement method and the thin film measurement method which were usually performed, but no change was observed in the peak intensity ratio.
【0051】また、SEMで炭素膜の表面を観測したと
ころ、平滑な結晶面からなる配向した粒子からなってお
り、粒子の長径方向のサイズの平均値は21.1μmで
あることがわかった。表面はボイドなども観察されず、
非常に平滑であった。触針式表面粗さ計により表面粗さ
を測定したところ、Rmax(以下表面粗さはRmax
表示とする)で0.25μmであることがわかった。When the surface of the carbon film was observed by SEM, it was found that the carbon film was composed of oriented particles having a smooth crystal plane, and the average value of the particles in the major axis direction was 21.1 μm. No voids are observed on the surface,
It was very smooth. When the surface roughness was measured with a stylus-type surface roughness meter, Rmax (hereinafter, surface roughness was Rmax
It was found to be 0.25 μm.
【0052】この炭素膜の表面を顕微ラマン分光法によ
り、スペクトル測定を行ったところ、ダイヤモンドのピ
ークが1334cm-1に観察され、その半価幅は、5.
5cm-1であった。なお、ラマン分光は488nmのA
rレーザービームを約10μm径に絞って行った。ピー
クの半価幅は、1100cm-3と1700cm-3の位置
間で斜線を引き、これをベースラインとして観測された
ピークをローレンツタイプとしてピーク分離を行い、半
価幅を求めた。The surface of the carbon film was subjected to spectral measurement by micro-Raman spectroscopy. As a result, a diamond peak was observed at 1334 cm −1 , and the half width was 5.
It was 5 cm -1 . In addition, Raman spectroscopy shows A of 488 nm.
The laser beam was narrowed down to a diameter of about 10 μm. Half width of the peak is to draw oblique lines between positions 1100 cm -3 and 1700 cm -3, performs a peak separation of the observed peak as the baseline as the Lorentz type, to determine the half width.
【0053】この炭素膜の熱伝導率をACカロリメトリ
法により測定したところ、1530W/(m・K)であ
ることがわかった。なお、この方法で求められる値は、
熱伝導率そのものではなく熱拡散率である。熱伝導率
は、熱伝導率=単位体積当たりの熱容量×熱拡散率の式
で与えられるが、ここでは単位体積当たりの熱容量(=
比熱×密度)は、ダイヤモンドの文献値を用いて、1.
80J/(K・cm3 )を用いて計算を行った。また、
測定は膜をシリコンウェハの基体から剥離させて測定す
る方法と、剥離させずにシリコンと炭素膜の二層材のま
ま測定した後に、シリコンウェハ単独の測定値を求め
て、その影響を差し引いて、炭素膜単独の値を算出して
やる方法の二種類で行ったが、どちらも同じ値となっ
た。When the thermal conductivity of this carbon film was measured by the AC calorimetry method, it was found to be 1530 W / (m · K). The value obtained by this method is
It is not the thermal conductivity itself but the thermal diffusivity. The thermal conductivity is given by a formula of thermal conductivity = heat capacity per unit volume × heat diffusivity. Here, the heat capacity per unit volume (=
Specific heat × density) is calculated using the reference value of diamond as 1.
The calculation was performed using 80 J / (K · cm 3 ). Also,
The measurement is performed by peeling the film from the base of the silicon wafer, and by measuring the two-layer material of silicon and carbon film without peeling, obtaining the measurement value of the silicon wafer alone, and subtracting the effect And the method of calculating the value of the carbon film alone was used, but both values were the same.
【0054】次に、直径が40mmの高密度窒化ケイ素
セラミックス製のディスク形状品を表面粗さが0.25
μmとなるように仕上げた後、これを基体として、上に
示した条件と全く同条件で硬質炭素膜を形成した。その
後、これと先端のRの半径が3/16インチのピンを用
いて、ピン−オン−ディスク法により摺動試験を行っ
た。ピンの材質はアルミニウム−18%シリコンの合金
を用い、荷重は19.6N、摺動速度は1m/s、摺動
距離を100kmとして測定を行った。試験中、摩擦係
数は0.11程度であり、非常に低い値を示した。さら
に試験後の膜の表面には全く金属の溶着が認められなか
った。また、膜に若干摺動痕が認められたため、表面形
状の変化を調べたが、比摩耗量は1.4×10-19 m3
/(N・m)と非常に低く、ほとんど摩耗しておらず、
摺動によって膜の表面粗さがさらに小さくなっただけで
あると判明した。合金のピンの摩耗も非常に少なかっ
た。Next, a disk-shaped article made of high-density silicon nitride ceramics having a diameter of 40 mm
After finishing to a thickness of μm, a hard carbon film was formed using this as a substrate under exactly the same conditions as those described above. Thereafter, a sliding test was performed by a pin-on-disk method using this and a pin having a radius of 3/16 inch at the tip. The pin was made of an aluminum-18% silicon alloy, the load was 19.6 N, the sliding speed was 1 m / s, and the sliding distance was 100 km. During the test, the coefficient of friction was about 0.11, showing a very low value. Further, no metal deposition was observed on the surface of the film after the test. Further, since slight sliding traces were observed on the film, a change in the surface shape was examined. The specific wear amount was 1.4 × 10 −19 m 3.
/ (N · m), very low, hardly worn,
It was found that the sliding only further reduced the surface roughness of the film. Wear of the alloy pins was also very low.
【0055】また、上記と全く同じ条件で単結晶Siウ
ェハに硬質炭素膜を200μmの厚さとなるように被覆
した後、Siウェハをフッ硝酸の溶液中に浸漬してエッ
チングし、硬質炭素膜の自立体を得た。これをレーザー
加工により25×25の破片に切断し、紫外〜可視光の
領域において光透過特性を測定した。図2にそのチャー
トを示す。ほぼバンドギャップに相当する220〜23
0nmの領域から光を透過しはじめ、ほぼ可視光の全領
域にわたって60%近い均一な透過特性を示した。Further, a hard carbon film was coated on a single-crystal Si wafer to a thickness of 200 μm under exactly the same conditions as described above, and then the Si wafer was immersed in a solution of hydrofluoric nitric acid and etched to form a hard carbon film. I got my own solid. This was cut into 25 × 25 fragments by laser processing, and the light transmission characteristics were measured in the range from ultraviolet to visible light. FIG. 2 shows the chart. 220 to 23 corresponding to a band gap
Light began to be transmitted from the region of 0 nm, and exhibited a uniform transmission characteristic of nearly 60% over almost the entire visible light region.
【0056】次に、比較のため、従来のマイクロ波プラ
ズマCVD法でも、上記同様にしてシリコンウェハ上に
硬質炭素膜を形成した。この場合プラズマ温度は6e
V、プラズマ密度は3×1010cm-3とした。磁場を印
加せず、圧力を35torrとしたことを除いて、その
他の条件は同じにした。Next, for comparison, a hard carbon film was formed on a silicon wafer by the conventional microwave plasma CVD method in the same manner as described above. In this case, the plasma temperature is 6e
V, the plasma density was 3 × 10 10 cm −3 . Other conditions were the same except that no magnetic field was applied and the pressure was 35 torr.
【0057】得られた炭素膜に対して、上記実施例にお
けるのと同様の方法で、膜の評価を行ったところ、X線
回折によるダイヤモンドのピーク強度からそれぞれのピ
ークのfの値を求めたところ、f(111)=0.6
3、f(220)=−0.1、|f(311)+f(4
00)+f(331)|=0.1となった。ラマン分光
のダイヤモンドピーク半価幅は、12cm-1で、膜の熱
伝導率は、約660W/(m・K)であった。When the obtained carbon film was evaluated in the same manner as in the above example, the value of f at each peak was determined from the peak intensity of the diamond by X-ray diffraction. However, f (111) = 0.6
3, f (220) = − 0.1, | f (311) + f (4
00) + f (331) | = 0.1. The half width at half maximum of the diamond peak in Raman spectroscopy was 12 cm −1 , and the thermal conductivity of the film was about 660 W / (m · K).
【0058】SEMによりこの炭素膜の表面を観測した
ところ、結晶が大きく成長して凹凸の激しい自形面から
構成されていた。表面粗さは、2.8μmと非常に大き
かった。When the surface of this carbon film was observed by SEM, it was found that the crystal had grown largely and had an irregular surface with severe irregularities. The surface roughness was very large, 2.8 μm.
【0059】また、上記と同様にしてピン−オン−ディ
スク摺動試験を行ったところ、摩擦係数は0.51であ
り、上記実施例に比べて明らかに高かった。そして、摺
動距離が50km程度の地点で合金のピンが膜表面の凹
凸によって先端が削り取られて摩滅し、試験続行不可能
となったので中断し、ディスク表面を観察したところ、
合金が部分的に付着しているのが観察された。When a pin-on-disk sliding test was conducted in the same manner as described above, the coefficient of friction was 0.51, which was clearly higher than that of the above example. Then, at a point where the sliding distance was about 50 km, the pin of the alloy was scraped at the tip by the unevenness of the film surface and was worn away, and it became impossible to continue the test.
Partial adhesion of the alloy was observed.
【0060】さらに、上記と全く同様にして、紫外〜可
視光の領域において透過特性を測定した結果を図3に示
す。ほとんど全ての領域にわたって10%以下の光透過
率しか得られなかった。FIG. 3 shows the results of measuring the transmission characteristics in the range from ultraviolet to visible light in exactly the same manner as described above. Light transmittance of less than 10% was obtained over almost all regions.
【0061】実施例2 実施例1において炭素膜の生成条件を表1,表2に示す
以外は全く同様にして、シリコンウェハの表面に炭素膜
を形成し、得られた膜のX線回折による各ピークのf
値、顕微ラマン分光によるダイヤモンドピークの半価
幅、熱伝導率、SEM観察による表面長径方向粒径(平
均粒径)、面粗さの評価を行った。さらに、ピン−オン
−ディスク法による摺動試験、光透過率の測定を行い、
その結果も併せて記した。Example 2 A carbon film was formed on the surface of a silicon wafer in exactly the same manner as in Example 1 except that the conditions for forming the carbon film were as shown in Tables 1 and 2, and the obtained film was analyzed by X-ray diffraction. F of each peak
The values, the half width of the diamond peak by micro-Raman spectroscopy, the thermal conductivity, the particle diameter in the major axis direction (average particle diameter), and the surface roughness were evaluated by SEM observation. Furthermore, a sliding test by the pin-on-disk method and a measurement of light transmittance were performed.
The results are also shown.
【0062】[0062]
【表1】 [Table 1]
【0063】[0063]
【表2】 [Table 2]
【0064】なお、これらの評価は、実施例1で示した
ものと全く同様の条件により行った。光透過率について
は簡略化のため、波長600nmの可視光の光透過率の
値を記してある。上記実施例1で示した実施例および比
較例は、それぞれ表1中のNo.1とNo.2に示して
ある。なお、NO.2以外の試料は全てECRプラズマ
CVD法により作製したものである。These evaluations were performed under the same conditions as those shown in Example 1. For the sake of simplicity, the light transmittance of visible light having a wavelength of 600 nm is shown. The examples and comparative examples shown in the above Example 1 are No. 1 in Table 1, respectively. 1 and No. It is shown in FIG. Note that NO. All samples other than 2 were prepared by ECR plasma CVD.
【0065】表1,表2から明らかなように、本発明の
試料No.1およびNo.3〜No.16においては、
膜の面粗さも小さく、良好な平滑性を有しているため、
摺動部材としての加工が容易である。そして、ピン−オ
ン−ディスク摺動試験の結果から、0.2以下の低い摩
擦係数と5×10-18 m3 /(N・m)以下の比摩耗量
を示し、高い耐摩耗性を有していることが判る。また、
光透過率も全てのサンプルで40%以上の値を示し、光
学窓としても有用であることがわかる。なお、透過率が
高いのは、膜中にダイヤモンド以外の不純物が少ないこ
とを意味するので、マイクロ波の透過窓として用いた場
合にもマイクロ波により誘導加熱されることなく、熱伝
導率が高いことと相まって好適に用いられることを意味
する。As is clear from Tables 1 and 2, the sample No. 1 and No. 3-No. At 16,
Because the surface roughness of the film is small and has good smoothness,
Processing as a sliding member is easy. From the results of the pin-on-disk sliding test, it showed a low friction coefficient of 0.2 or less and a specific wear amount of 5 × 10 −18 m 3 / (N · m) or less, and exhibited high wear resistance. You can see that it is. Also,
The light transmittance also shows a value of 40% or more in all the samples, which indicates that the sample is also useful as an optical window. In addition, since high transmittance means that impurities other than diamond are small in the film, even when used as a microwave transmission window, the heat conductivity is high without induction heating by microwaves. It means that it is suitably used in combination with the above.
【0066】それに対して、本発明の範囲外の試料N
o.2およびNo.17〜23については、面粗さが大
きく平滑性に欠ける膜になるか、平滑であっても耐摩耗
性に欠ける膜になるかのいずれかであった。平滑性に欠
ける膜の場合、摺動試験中に相手材のピンを削って破損
させてしまうという問題が発生し、平滑であっても膜が
耐摩耗性に欠ける膜の場合は、10-17 m3 /(N・
m)台の低い比摩耗量となった。また、光透過率もおお
むね25%以下の低い値しか示さなかった。On the other hand, the sample N outside the scope of the present invention
o. 2 and No. For Nos. 17 to 23, either the film was large in surface roughness and lacked smoothness, or the film was smooth but lacked abrasion resistance. In the case of a film lacking smoothness, a problem occurs in that a pin of a mating material is cut and damaged during a sliding test, and in the case of a film lacking abrasion resistance even when the film is smooth, 10 -17. m 3 / (N ·
m) The specific wear amount was low. The light transmittance also showed only a low value of about 25% or less.
【0067】[0067]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明による硬質
炭素膜は、電子温度、電子密度、基体温度を制御したプ
ラズマ中で合成することにより、高い結晶性を有するダ
イヤモンドの結晶粒子を高い核生成密度で一定方向に配
向させながら成長させているため、膜の表面が非常に平
滑で、高摺動性、高熱伝導性、高光透過率を具備してい
る。したがって、この硬質炭素膜を被覆材として用いた
場合、機械的に表面が摺動されるような耐磨摺動部品と
して使用すれば、その寿命を飛躍的に伸ばすことができ
る。また、硬質炭素膜を基体から剥離させて単独で用い
る場合にも、その高熱伝導率を利用したヒートシンクや
パワーデバイス搭載基板などとして優れた特性を示す。
さらに、高光透過特性を利用した光学窓、マイクロ波
窓、X線窓などとしても有用である。As described above in detail, the hard carbon film according to the present invention can synthesize diamond crystal particles having high crystallinity by synthesizing in a plasma in which the electron temperature, the electron density and the substrate temperature are controlled. Since the film is grown while being oriented in a certain direction at a nucleation density, the surface of the film is very smooth and has high slidability, high thermal conductivity, and high light transmittance. Therefore, when this hard carbon film is used as a coating material, its life can be greatly extended if it is used as a wear-resistant sliding component whose surface is mechanically slid. In addition, even when the hard carbon film is peeled off from the substrate and used alone, it exhibits excellent characteristics as a heat sink or a power device mounting substrate utilizing the high thermal conductivity.
Furthermore, it is also useful as an optical window, a microwave window, an X-ray window, etc. utilizing high light transmission characteristics.
【図1】電子サイクロトンプラズマCVD法を説明する
ための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an electron cyclotron plasma CVD method.
【図2】試料No.1における紫外〜可視光における光透
過特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing light transmission characteristics in the range of ultraviolet to visible light in Sample No. 1.
【図3】試料No.2における紫外〜可視光における光透
過特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing light transmission characteristics in the range of ultraviolet to visible light in Sample No. 2.
1・・・反応炉 2・・・母材 3・・・マイクロ波発生装置 4・・・電磁コイル 5・・・ガス導入路 6・・・導波管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction furnace 2 ... Base material 3 ... Microwave generator 4 ... Electromagnetic coil 5 ... Gas introduction path 6 ... Waveguide
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−215795(JP,A) 特開 平6−316492(JP,A) 特開 昭64−52699(JP,A) 特開 平4−92896(JP,A) 特開 平7−276106(JP,A) 特開 昭63−307196(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-7-215795 (JP, A) JP-A-6-316492 (JP, A) JP-A-64-52699 (JP, A) JP-A-4- 92896 (JP, A) JP-A-7-276106 (JP, A) JP-A-63-307196 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35 / 00
Claims (4)
て、X線回折におけるダイヤモンドのピークの強度につ
いて、 f=(p−p0)/(1−p0) (ただし、pは配向試料における(注目ピーク強度)/
(全ピーク強度の総和) とし、p0は未配向試料における(注目ピーク強度)/
(全ピーク強度の総和) )と定めたときの各ピークにおけるfをf(hkl)で
表したときに、 f(111)≦−0.1 0.2≦f(220)≦0.9 |f(311)+f(400)+f(331)|≦0.1 を満足するとともに、膜の表面における結晶粒子の長径
方向のサイズが、平均2μm以上であることを特徴とす
る硬質炭素膜。In a hard carbon film containing diamond, the intensity of a diamond peak in X-ray diffraction is calculated as follows: f = (p-p 0 ) / (1-p 0 ) Peak intensity) /
(Sum of all peak intensities) and p 0 is (peak intensity of interest) /
(Sum of all peak intensities)) f (hkl) at each peak when f (111) ≦ −0.1 0.2 ≦ f (220) ≦ 0.9 | f (311) + f (400) + f (331) | ≦ 0.1 and the major axis of the crystal grains on the surface of the film
A hard carbon film having a size in the direction of 2 μm or more on average .
のラマンスペクトル測定を行った際の、1333±5c
mー 1に存在するダイヤモンドのピークの半価幅が10c
mー 1以下であることを特徴とする請求項1記載の硬質炭
素膜。2. When the Raman spectrum of the surface of the hard carbon film is measured by micro-Raman spectroscopy, 1333 ± 5c
The half-value width of the diamond peak present at m - 1 is 10c
2. The hard carbon film according to claim 1, wherein the hardness is not more than m - 1 .
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の硬質炭素
膜。3. The hard carbon film according to claim 1, wherein the heat conductivity of the film is 800 W / mk or more.
炭素膜被覆部材において、前記硬質炭素膜がダイヤモン
ドを含有する硬質炭素膜であって、該硬質炭素膜が、請
求項1乃至請求項3のいずれか記載の硬質炭素膜からな
ることを特徴とする硬質炭素膜被覆部材。4. A obtained by forming a hard carbon film on the surface of the substrate the hard carbon film-coated member, the hard carbon film is a hard carbon film containing diamond, rigid carbon film,請
The hard carbon film according to any one of claims 1 to 3,
Hard carbon film-coated member characterized by that.
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JP06112095A JP3245320B2 (en) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | Hard carbon film and hard carbon film coated member |
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