[发明专利]类金刚石膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种类金刚石(DLC，diamond-like carbon)膜及其制备方法，尤其指一种碳原子与碳原子、碳原子与氢原子、或碳原子与卤素原子之间的键结为饱和键结的比例是80％以上的类金刚石膜及其制备方法。

背景技术

类金刚石膜，亦称为类钻碳(DLC，Diamond Like Carbon)，其内含石墨键(sp²)以及钻石键(sp³)，大部份的碳原子具有四面体的钻石键(sp³)，这种钻石键为单键，而与其相邻的原子所提供的单电子形成共价键(Covalent Bond)。由于共价键的键能很大(＞4ev)，故其透光度很高。若共价键为碳-碳(C-C)单键其能隙更可达5.45ev，因此不会吸收电磁波，可让各种波长透过，例如红外线、可见光及波长短至约200nm的紫外线。

DLC可沉积在陶瓷(如，玻璃)、金属(如，铜铁)、半导体(如，III-V及II-VI族半导体)或塑料(如，聚碳酸酯(PC))上。所以用途很多，例如可用于红外线窗口、切削刀具、附刮护镜、耐酸镀膜、斥水界面等。由于DLC的主成份为碳(C)，若欲披覆在不易形成碳化物的基材上(如，玻璃)，或可溶碳的基材上(如，铜铁)，常需先于基材上披露一薄层可形成碳化物的元素(如，硅、钛、钨等)，这样才可增加DLC在基材上表面的附着力。

例如，若欲于玻璃表面形成DLC，由于玻璃内含多量硅(Si)，因此可先于玻璃表面形成含硅的化合物(如，分解三甲基硅烷(Trimethyl Silane)所形成的碳化硅)，再镀DLC。

又例如，若欲于铜铁表面形成DLC时，由于铜铁会溶碳并催化钻石成石墨，因此如高速钢的铜铁刀片于披覆DLC的前，可先披覆一薄层钛，使增加DLC在基材上表面的附着力。

此外，若欲于塑料表面形成DLC时，由于塑料较软，而且热膨胀率甚大，坚硬且热膨胀率甚低的DLC很容易自塑料表面剥离。因此，DLC内通常要加入大量的氢原子使其成份接近塑料，这样DLC就比较容易附着在塑料上。事实上，塑料是以碳为骨架的材料，塑料内含有甚多的钻石键。但塑料内的钻石键被氢、氮、或氧等原子隔离才使塑料的分子之间分开。这样塑料才变软而具有可塑性。

制作类金刚石膜的方法上，一般DLC的碳原料或前趋物(Precursor)可为固体(如，石墨)，液体(如，酒精)或气体(如，甲烷、乙炔)。为了披覆在基材上，DLC的镀膜方法常使用不发生化学反应的物理法，即所谓的物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)。物理气相沉积通常在真空下进行。碳原子先以能量拆散，再沉积在基材上。由于能量集中在碳原料上，所以基材的温度可以保持较低(如＜200℃)，这样就不致改变基材的性质。能量加在碳原料的方法有多种，包括加热的蒸镀(Evaporation Coating)、离子撞击的溅镀(Sputtering)、或形成离子的离子镀(Ion Plating)，其是将石墨气化成碳离子电弧，再加速撞击到基材的镀膜方法(Arc Deposition)。

虽然DLC的披覆方法及应用多已公知，但通常使用甲烷、乙炔、或石墨等前趋物所制得的DLC内含有较高含量的导电石墨键，以致其绝缘性及透光度都不足。例如，镀在电路板的铝基材上时，会由于绝缘性不佳而漏电；又如，镀在眼镜上会由于透光度不佳而使镜片变暗。此外，具有石墨键的DLC也较软而且容易氧化，所以容易剥落或变质。

因此，本领域亟需一种绝缘性佳、透光度高、质地较坚硬、且不轻易氧化的DLC。使可应用于各处，达到保护、绝缘、透光等效果，以加惠世人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种类金刚石膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的类金刚石膜，该类金刚石膜包括至少一碳数为2以上的碳化合物，该类金刚石膜所组成的原子中所含碳原子的比例为50％以上，且该类金刚石膜中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上。

所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜中原子之间的键结是选自由：碳原子与碳原子之间的键结、碳原子与氢原子之间的键结、及碳原子与卤素原子之间的键结所组成的群组。

所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是由一前趋物(precursor)形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结为饱和键结的比例为80％以上。

所述的类金刚石膜，其中，该类金刚石膜是由一前趋物形成，该前趋物为一碳数为2以上的碳化合物，且其中原子之间的键结为饱和键结的比例为90％以上。