Способ создания пленки алмазоподобного углерода на подложке и изделие с такой пленкой на подложке

Способ создания пленки алмазоподобного углерода на подложке и изделие с такой пленкой на подложке

Реферат

 

Изобретения могут быть использованы при получении высококачественных пленок алмазоподобного углерода на частично ограниченных поверхностях или поверхностях с высокой степенью угловатости путем химического осаждения из паровой фазы. В среде газообразного углеводорода генерируют плазму и осуществляют воздействие на подложку. Используют плазму с плотностью электронов не выше 5х10¹⁰ на 1 см³ и толщиной оболочки меньше 2 мм при условии высокой плотности тока ионов и бомбардировки ионами управляемой низкой энергии. Плотность ионного тока выбирают более 20 А/м² и напряжение смещения на подложке в диапазоне от 100 до 1000 В. Изделие содержит подложку с угловатой поверхностью и пленку алмазоподобного углерода с твердостью выше 20 ГПа. При этом пленка не имеет различимых зерен диаметром 3х10^-8 м или более при наблюдении с 50000-кратным увеличением с помощью сканирующего микроскопа с холодной эмиссией. Преимущества изобретений заключаются в создании алмазоподобной пленки с плотной пленочной структурой и высокой твердостью, получаемой при высокой скорости осаждения. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 17 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области химического осаждения из паровой фазы и, в частности, к плазмостимулированному химическому осаждению из парозой фазы высококачественных пленок алмазоподобного углерода на частично ограниченные поверхности или поверхности с высокой степенью угловатости.

Твердые, тонкие пленки гидрогенизированного, аморфного углерода (а-С:Н), также именуемые пленками алмазоподобного углерода (АПУ), можно создавать на металлических поверхностях путем плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы (ПСХОП). В известных процессах ПСХОП, используемых для создания таких пленок, создается низкая плотность ионов (~10¹⁶ м^-3). В известных процессах плазма генерируется при большей толщине оболочки (410^-3-1,010^-2 м), которая не повторяет малые неровные поверхности подложки (~ 10^-4 м). Поэтому ионы, ускоряемые в известных процессах в направлении, поперечном к оболочке, получают ускорение, направленное под прямым углом к макроскопической поверхности подложки. В таких условиях угловатые поверхности подложки, например, кромки бритвенных лезвий (которые обычно собирают в стопку, и при этом промежутки между оконечностями лезвий составляют 100 м) подвергаются взаимодействию наклонных потоков реактивных ионов. Эти условия предположительно обуславливают самозатенение некоторых осаждающих веществ, приводя к появлению столбчатых образований в пленках а-С:Н. Предполагается также, что низкая плотность плазмы обуславливает относительно низкое ионно-атомарное отношение на поверхности подложки. Осаждение в условиях низкой поверхностной подвижности адатомов, например, при низких температурах подложки (Т/Т_плав<0,1) и низкой плотности потока ионов также предположительно приводит к увеличению столбчатых образований в пленках а-С:Н, осаждаемых на поверхностях с высокой степенью угловатости. Такие столбчатые образования приводят к наличию в пленках пустот и границ зерен, из-за чего механическая прочность пленки снижается. Столбчатые образования наблюдаются при ПСХОП пленок а-С:Н, осуществляемом в плазменных реакторах низкой плотности с ВЧ емкостной связью, на подложках с высокой степенью угловатости, например, бритвенных лезвиях.

Еще одним недостатком известных подходов является низкая скорость осаждения. При низкой плотности электронов, имеющей место в известных подходах, не происходит эффективной диссоциации подаваемого газообразного углеводорода. Поэтому число молекулярных фрагментов-предшественников в плазме низкой плотности невелико. Например, для ПСХОП а-С:Н при емкостной связи плазмы скорость осаждения обычно составляет порядка 3,310^-10 м/с. Низкие скорости осаждения негативно влияют на производительность обработки и снижают рентабельность процесса.

Настоящее изобретение представляет собой усовершенствование в химическом осаждении из паровой фазы пленок а-С:Н на поверхность подложки, например, на поверхность металлической подложки. В широком смысле, изобретение включает в себя химическое осаждение из паровой фазы пленок а-С:Н в условиях, обеспечивающих конформную оболочку, высокую плотность потока ионов и бомбардировку ионами управляемой низкой энергии. Изобретение включает в себя воздействие на подложку среды газообразного углеводорода и генерирование плазмы в среде с плотностью электронов, превышающей примерно 510¹⁰ на см³ и с толщиной оболочки, меньшей примерно 2 мм, при условиях высокой плотности потока ионов и бомбардировки ионами управляемой низкой энергии.

Условия, отвечающие изобретению, которые обеспечивают конформную оболочку, высокую плотность потока ионов и бомбардировку ионами управляемой низкой энергии, включают в себя плотность ионного тока (J_i), превышающую примерно 20 А/м², и напряжение смещения (-V_смещ) в диапазоне от около 100 до около 1000 В. Такие условия позволяют формировать твердые, плотные пленки алмазоподобного углерода (а-С:Н) на игольных остриях, кромках бритвенных лезвий, режущих кромках и краях и иных заостренных, угловатых или острых поверхностях, частично ограниченных или с высокой степенью угловатости, подобных тем, что используются в пишущих инструментах (перья, местах посадки шарика в пишущем стержне и т.д.) при отсутствии в пленках столбчатых образований, характерных для других известных процессов.

В частности, согласно одному аспекту изобретения для диссоциации подаваемого газообразного углеводорода, например С₄Н₁₀, используется реактор плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с индуктивной связью, в котором управление мощностью плазмы производится независимо от смещения на подложке. Подложку или заготовки, например, бритвенные лезвия, упакованные в стопку, устанавливают в вакуумной плазменной камере реактора на держателе.

Держатель подключается к высокочастотному (ВЧ) источнику питания (например, 13,56 МГц) через цепь согласования импеданса. Плазма генерируется в условиях максимизированной плотности ионного тока (т.е. подачи высокой мощности ВЧ на плазму с индуктивной связью) и умеренного смещения на подложке (например, J_i>~30 А/м² и ~200 В <-V<SUB>смещ>> В соответствии с другим аспектом изобретения, между подложкой и пленкой алмазоподобного углерода можно использовать промежуточный слой. Этот промежуточный слой можно выбрать из совокупности, состоящей из кремния, карбида кремния, ванадия, тантала, никеля, ниобия, молибдена и сплавов этих материалов. Опыт показал, что в качестве материала для такого промежуточного слоя особенно пригоден кремний.

Высокая эффективность плазмы с индуктивной связью может порождать поток ионов, который может быть примерно в десять раз больше, чем в общепринятой плазме с ВЧ емкостной связью. Вышеперечисленные условия обуславливают такие преимущества, как уменьшение ширины оболочки, увеличение ионно-атомарного отношения и очень высокая скорость осаждения. Уменьшение ширины оболочки обеспечивает конформное покрытие более мелких структур и вариаций на поверхности подложки. При наличии конформной оболочки ионы вынуждены ударять по поверхности перпендикулярно или под малыми углами, что обуславливает плотность пленки. Увеличение ионно-атомарного отношения приводит к возрастанию поверхностной подвижности адатомов и осаждению пленок более высокой плотности. Повышение скорости осаждения, обусловленное более полной диссоциацией плазмы, приводит к увеличению производительности и повышению экономичности.

Эти преимущества дают возможность создавать пленки алмазоподобного углерода, которые имеют плотную пленочную структуру (т.е. со значительно уменьшенными или отсутствующими столбчатыми зернами или пустотами, которые снижают механическую прочность [например, при наблюдении с 50000-кратным увеличением с помощью сканирующего электронного микроскопа с холодной эмиссией отсутствуют различимые зерна диаметром 310^-8 м или более]) и высокую твердость (твердость пленки превышает примерно 20 ГПа), при высокой скорости осаждения, что приводит к снижению стоимости одной детали. Процесс может обладать дополнительными достоинствами, которые могут включать в себя самозатачивание (заточку распылением) режущих кромок вследствие бомбардировки интенсивным потоком ионов, высокую скорость очистки камеры с использованием кислородной плазмы, и хорошую производительность в течение любого этапа предварительной плазменной очистки, который можно применять до осаждения.

Настоящее изобретение можно лучше понять из нижеследующего подробного описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых: фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе реактора плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с индуктивной связью, полезного при осуществлении настоящего изобретения; фиг.2 представляет собой график, который иллюстрирует настоящее изобретение в отношении ионного тока/мощности ВЧ индукции, среднего смещения на подложке и толщины оболочки; фиг. 3 представляет собой график, который иллюстрирует твердость пленок, созданных в соответствии с настоящим изобретением, как функцию мощности ВЧ индукции и среднего смещения на подложке; фиг. 4 представляет собой график, который иллюстрирует твердость пленок, созданных в соответствии с настоящим изобретением, как функцию среднего смещения на подложке; фиг. 5 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие путем общепринятого плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с емкостной связью; фиг. 6 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие в ходе демонстрационной серии испытаний настоящего изобретения; фиг. 7 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие в ходе дополнительной демонстрационной серии испытаний настоящего изобретения; фиг. 8 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие в ходе дополнительной демонстрационной серии испытаний настоящего изобретения; фиг. 9 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие в ходе дополнительной демонстрационной серии испытаний настоящего изобретения; фиг. 10 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) увеличенного вида в перспективе алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие путем общепринятого плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с емкостной связью; фиг. 11 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие путем общепринятого плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с емкостной связью; фиг. 12 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) увеличенного вида в перспективе алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 13 представляет собой микрофотографию (сделанную при 50000-кратном увеличении) поперечного сечения алмазоподобной пленки, осажденной на бритвенное лезвие в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 14 представляет собой график, который иллюстрирует скорость осаждения в соответствии с настоящим изобретением как функцию мощности ВЧ индукции; фиг. 15А представляет собой схему, иллюстрирующую дополнительный вариант реализации настоящего изобретения; фиг. 15Б представляет собой график, иллюстрирующий вариант ВЧ смещения, изображенного на фиг.15А, модулированного импульсным сигналом; фиг. 16 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость твердости от внутреннего напряжения пленки для пленок, на которые подается смещение, модулированное импульсным сигналом, в соответствии с настоящим изобретением, в сравнении с графиком для пленок, на которые подается смещение, подчиняющимся закону незатухающей волны; фиг. 17 представляет собой блок-схему алгоритма, иллюстрирующую вариант протекания процесса, осуществляющего настоящее изобретение.

Настоящее изобретение предусматривает усовершенствование в формировании пленок алмазоподобного углерода на подложках путем плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы. В соответствии с настоящим изобретением, диссоциация газообразного углеводорода в процессе плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы при условиях высокой плотности потока ионов и бомбардировки ионами управляемой низкой энергии обеспечивает формирование твердой, плотной пленки а-С:Н на подложке при отсутствии каких-либо столбчатых образований, характерных для других известных процессов, даже если подложка имеет необычную форму или включает в себя острые углы. Изобретение включает в себя воздействие в себя на подложку среды газообразного углеводорода и генерирование плазмы в среде с плотностью электронов, превышающей примерно 510¹⁰ на см³, и толщиной оболочки, меньшей примерно 2 мм, в условиях высокой плотности потока ионов и бомбардировки ионами управляемой низкой энергии. Такие условия можно получить путем независимого управления плотностью потока ионов и смещением на подложке с целью максимизировать поток ионов, но вместе с тем поддерживать умеренное смещение на подложке. Эти условия включают в себя плотность ионного тока (J_i), превышающую примерно 20 А/м², и напряжение смещения (-V_смещ) в диапазоне от около 100 до около 1000 В.

Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения, для создания на угловатой подложке плотной, твердой пленки а-С:Н, отвечающей настоящему изобретению, используется реактор плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с индуктивной связью. Хотя настоящее изобретение иллюстрируется применительно к реактору плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с индуктивной связью, можно также использовать и другие процессы генерирования плазмы, способные порождать плазму высокой плотности.

На фиг. 1 изображен реактор с индуктивной связью, который используется для осуществления настоящего изобретения. Реактор, изображенный на фиг.1, включает в себя индукционный плазменный генератор 10, связанный с вакуумной плазменной камерой 12, в которой держатель 14 подложки размещен в плазменном поле под кварцевым окном 11. Обычно держатель 14 имеет водяное охлаждение. Хотя водяное охлаждение является преимущественным, допустим некоторый нагрев. Таким образом, можно также использовать большой поглотитель тепла.

Плазменный генератор 10 включает в себя высокочастотный (ВЧ) источник 16, подключенный к индукционным катушкам 18 через конденсаторы 20. Внутри плазменной камеры 12 подложка или заготовки 22 (изображенные в виде бритвенных лезвий, упакованных в стопку) размещается на держателе 14. Держатель 14 связан с высокочастотным (ВЧ) (обычно 13,56 МГц) источником питания 24 через цепь согласования импеданса 26. ВЧ источник питания 24 держателя 14 позволяет регулировать энергию ионов, извлекаемых из плазмы и направляемых на заготовки 22. Подаваемый газообразный углеводород, подлежащий плазменной диссоциации, поступает в плазменную камеру 12 через газовый впуск 28. Обычно подаваемый газ представляет собой С₄Н₁₀, но можно также использовать и другие газообразные углеводороды, например, СН₄, С₂Н₂, С₆Н₆, С₂Н₆ и/или С₃Н₈.

Предпочтительно, заготовки 22 устанавливаются на 0,05-0,15 м ниже (под кварцевым окном 11) и поддерживаются при комнатной температуре посредством держателя 14 с водяным охлаждением.

С использованием вышеописанной аппаратуры были произведены серии испытаний при различных уровнях мощности индукции плазмы и напряжения смещения на подложке. Ниже приведены два примера осаждения на кромках лезвий, которые иллюстрируют настоящее изобретение (см. табл. 1).

В этих примерах упоминается "показатель плотности" пленок. Этот показатель соответствует полуколичественной системе классификации покрытий кромки лезвия, согласно которой микроструктура покрытия оценивается с использованием сканирующего электронного микроскопа с холодной эмиссией, дающего 50000-кратное увеличение. Исходя из наличия зернисто-пустотной структуры, показатель присваивается в соответствии с табл. 2.

Результаты вышеозначенных примеров и других серий испытаний изображены на графиках фиг.2-4. Фиг.2 графически иллюстрирует соответствующие аспекты настоящего изобретения в отношении ионного тока/мощности ВЧ индукции, среднего напряжения смещения на подложке и толщины оболочки. На фигуре также изображена область, отвечающая преимущественному варианту реализации настоящего изобретения. Из фигуры видно, что величина ионного тока оказывает влияние на столбчатые образования в пленках. Более низкие значения ионного тока приводят к увеличению столбчатых образований в пленках. Более высокие значения ионного тока обуславливают меньшую столбчатую микроструктуру. Хотя из фигуры это не вполне очевидно, широкие плазменные оболочки могут приводить к увеличенным столбчатым микроструктурам.

Из фиг.2 также явствует, что среднее смещение подложки оказывает влияние на твердость пленок. При более низких средних значениях смещения на подложке пленки оказываются относительно мягкими. По мере возрастания средних значений смещения возрастает и твердость пленок. Однако чрезмерно высокие смещения на подложке приводят к повреждению пленок и снижают твердость пленки вследствие графитизации.

Фиг. 2 также демонстрирует, что толщина оболочки изменяется как функция плотности ионного тока и смещения на подложке. Как следует из фиг.2, толщина плазменной оболочки возрастает по мере увеличения смещения на подложке. Таким образом, по мере увеличения смещения на подложке конформность плазмы по отношению к подложке уменьшается.

Условия, при которых проявляются преимущества настоящего изобретения, включает ионный ток с плотностью (J_i), превышающей примерено 20 А/м², и среднее смещение на подложке (-V_смещ) в диапазоне от около -100 до около -1000 В. Условия, порождающие данный преимущественный вариант реализации (которые изображены на фиг.2 в виде большой выделенной области, обозначенной "Преимущественные"), включают ионный ток с плотностью (J_i), большей или равной примерно 30 А/м², среднее смещение на подложке (-V_смещ) в диапазоне от около -200 до около -500 В и толщину оболочки, меньшую или равную приблизительно 1,7 мм (для кромок лезвий, упакованных в стопку).

Для сравнения, находящаяся справа внизу, выделенная область фиг.2 (обозначенная "Общепринятый АПУ") очерчивает условия и характеристики, связанные с химическим осаждением из паровой фазы с низкой плотностью и емкостной связью. Вариант подобных условий общепринятого процесса (ВЧ питание подается на электрод подложки) см. в табл. 3.

При химическом осаждении из паровой фазы с емкостной связью, плотность ионного тока мала (приблизительно 3 А/м²), а оболочка широка. На кромках лезвий наблюдаются столбчатые пленки.

Фиг. 3 демонстрирует, что твердость генерированных пленок изменяется как функция мощности ВЧ индукции и среднего напряжения смещения на подложке (т. е. средней энергии ионов на заготовке). Из фиг.2 видно, что при увеличении смещения на подложке и мощности ВЧ индукции возрастает твердость пленки. Опять же, чрезмерно высокое смещение на подложке вызывает снижение твердости пленки вследствие графитизации.

Фиг. 4, на которой показана твердость созданной пленки как функция среднего смещения на подложке при мощности ВЧ индукции, равной 200-800 Вт, демонстрирует, что при умеренном среднем смещении на подложке (например, от около 200 до около -500 В) получаются пленки наивысшей твердости. Сплошная линия на фиг. 4 наилучшим образом соответствует расположению точек данных. Пунктирные линии соответствуют пределам 95%-ного отклонения от наилучшего соответствия.

Нижеприведенные дополнительные варианты ПСХОП на кромки лезвий демонстрируют влияние изменений мощности индукции/ионного тока на ширину оболочки и столбчатые образования. Все условия были постоянны за исключением мощности индукции/ионного тока (см. табл. 4).

Результаты этих серий испытаний изображены на микрофотографиях, соответственно, фиг.5-9, каждая из которых сделана при 50000-кратном увеличении на сканирующем электронном микроскопе с холодной эмиссией (СЭМ). В покрытиях, изображенных на фиг.5 и 6, которые соответствуют сериям испытаний 1 и 2, соответственно, столбчатая микроструктура легко различима. Пленка, изображенная на фиг. 7, которая соответствует серии испытаний 3, имеет промежуточный вид, но столбчатость все еще заменена. На пленках, изображенных на фиг.8 и 9, которые соответствуют сериям испытаний 4 и 5, соответственно, при наблюдении с помощью сканирующего электронного микроскопа с холодной эмиссией (СЭМ) при 50000-кратном увеличении ни в изображениях поверхности, ни в изображениях поперечного сечения нельзя различить никакой столбчатой структуры (например, отчетливых зерен диаметром 310^-8 м или более). Таким образом, как показано на фиг.2, согласно преимущественному варианту реализации, нижний предел ионного тока выбирается примерно равным 30 А/м², что соответствует мощности индукции, равной примерно 400 Вт.

Микрофотографии на фиг. 10-13 наглядно демонстрируют качественное превосходство пленок а-С:Н, осажденных в соответствии с настоящим изобретением. Эти микрофотографии сделаны с 50000-кратным увеличением на сканирующем электронном микроскопе с холодной эмиссией (СЭМ). На каждой из фиг.10 и 11 изображена пленка а-С: Н, осажденная на кромку бритвенного лезвия посредством общепринятых методик плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы с емкостной связью. На фиг.10 и 11 отчетливо видны зерна и столбчатые образования в пленке а-С:Н на кромке лезвия.

Напротив, на каждой из фиг.12 и 13 изображена пленка а-С:Н, осажденная на кромку бритвенного лезвия в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 12 и 13 с помощью сканирующего электронного микроскопа с холодной эмиссией (СЭМ), дающего 50000-кратное увеличение, можно отчетливо видеть хорошее осаждение пленки на кромку лезвия без наблюдаемых столбчатых образований или наблюдаемых зерен. В пленке, осажденной в соответствии с настоящим изобретением, не видно никакой столбчатой микроструктуры или пустот.

Дополнительно иллюстрируя настоящее изобретение и демонстрируя рост скоростей осаждения, связанный с настоящим изобретением, фиг.14 представляет собой график, изображающий скорость осаждения как функцию мощности ВЧ индукции. По мере постепенного увеличения количества плазмы с индуктивной связью скорость осаждения значительно возрастает. Начало графика соответствует подаче на подложку только ВЧ смещения, что обуславливает скорость осаждения 1,710^-10 м/с и самосмещение -300 В. Это соответствует плазмостимулированному осаждению из паровой фазы с емкостной связью. По мере возрастания мощности индукции питание смещения регулируется с целью поддержания -300 В. При мощности индукции 800 Вт скорость осаждения составляет примерно 2,810^-9 м/с, что примерно в 17 раз больше, чем при общепринятом плазмостимулированном осаждении из паровой фазы с емкостной связью.

Согласно вышеприведенным вариантам изобретения, на подложку или заготовки непрерывно подается ВЧ питание 13,56 МГц, чтобы обеспечивать смещение на подложке. Согласно дополнительному аспекту изобретения, питание смещения, подаваемое на подложку или заготовки, можно модулировать импульсным сигналом. Согласно фиг.14А и 15Б, синусоидальная волна от ВЧ источника питания 24 модулируется прямоугольной волной, вырабатываемой генератором 30 прямоугольной волны, с помощью модулятора 32 с целью формирования модулированного прямоугольным сигналом ВЧ напряжения смещения 34.

Согласно варианту реализации, соответствующего фиг.15А и 15Б, скважность импульсов это время включения смещения как доля полного периода прямоугольной волны. Изменение скважности импульсов может давать два преимущества: 1) можно уменьшать среднее напряжение смещения (энергию ионов), но при этом поддерживать пиковое напряжение в оптимальном диапазоне и 2) можно сузить оболочку до толщины, соответствующей нулевому смещению (например, около 30 мкм) в течение периода "выключения", что может обеспечивать хорошее конформное покрытие заготовки в течение этого периода.

На фиг. 16 изображено влияние внутреннего напряжения пленки для пленок, на которые подается смещение, модулированное импульсным сигналом, в сравнении с тем случаем, когда на пленку подается смещение, подчиняющееся закону незатухающей волны (НВ). Импульсная методика позволяет снижать напряжение пленки независимо от твердости, что является дополнительным, особым признаком настоящего изобретения.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, между подложкой и пленкой алмазоподобного углерода можно использовать промежуточный слой. Этот промежуточный слой можно выбрать из совокупности, состоящей из кремния, карбида кремния, ванадия, тантала, никеля, ниобия, молибдена и сплавов этих материалов. Опыт показывает, что в качестве материала для такого промежуточного слоя лучше всего подходит кремний.

На фиг. 17 изображен иллюстративный алгоритм процесса изготовления, отвечающий настоящему изобретению. Обычно бывает полезным пропускать заготовки через этап предварительной очистки 36, чтобы улучшить прилипание слоя АПУ. Это можно осуществлять в единой камере ВЧ индукции (с высокой скоростью) или в общепринятой камере тлеющего разряда ПТ (с низкой скоростью и большим временем обработки). В камеру предварительной очистки можно подавать заготовки для двух или более камер 38, 40 осаждения АПУ, в которых используются источники плазмы с индуктивной связью. В одной из этих камер, 38, может производиться осаждение на стопку лезвий, тогда как другая камера, 40, будет очищаться. Очистку желательно производить, поскольку пленка, нарастающая на стенках камеры, время от времени может отслаиваться, приводя к засорению макрочастицами. Дополнительный иллюстративный алгоритм процесса обрисован в табл. 5.

Иллюстративные условия процесса для вышеописанного алгоритма включают в себя следующее: 1) Предварительная очистка стопки: мощность ВЧ индукции: - 300 Вт напряжение ВЧ смещения: - -300 Вт время: - 30-60 с газ: - аргон давление: - 0,7 Па расход: - 8,310^-7 м³/с 2) Осаждение АПУ: Осуществляется согласно настоящему изобретению.

3) Очистка камеры: мощность ВЧ индукции: - 1000 Вт напряжение ВЧ смещения: - -200 В время: - прибл. 2 х время осаждения АПУ газ: - кислород давление: - 0,7 Па расход: - 1,710^-6 м³/с В соответствии с отмеченным выше, хотя настоящее изобретение иллюстрируется применительно к плазмостимулированному химическому осаждению из паровой фазы с индуктивной связью, можно также использовать и другие процессы, способные генерировать плазму высокой плотности. Эти другие процессы включают в себя генерирование плазмы СВЧ-разрядом, генерирование плазмы посредством электронного циклотронного резонанса и другие ВЧ процессы генерирования плазмы, например, генерирование плазмы с помощью источника спиральной волны и спирального резонатора.

Вышеприведенное описание не предназначено для ограничения настоящего изобретения. Возможны альтернативные варианты реализации. Соответственно, объем изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения и ее законными эквивалентами, но не описанными и изображенными выше ее вариантами реализации.

Формула изобретения

1. Способ создания пленки алмазоподобного углерода на подложке, включающий воздействие на подложку среды газообразного углеводорода и генерирование плазмы в упомянутой среде, отличающийся тем, что используют плазму с плотностью электронов, превышающей 5х10¹⁰ на 1 см³ и толщиной оболочки меньшей 2 мм, при условии высокой плотности тока ионов и бомбардировки ионами управляемой низкой энергии, при этом выбирают значение плотности ионного тока более 20 А/м² и напряжения смещения на подложке - в диапазоне от 100 до 1000 В.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве среды газообразного углеводорода используют газ из группы, включающей С₄Н₁₀, СН₄, С₂Н₂, С₆Н₆, С₂Н₆ и С₃Н₈.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая подложка представляет собой металлическую поверхность.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая подложка представляет собой металлическое вещество, имеющее поверхностный слой, содержащий материал, который выбирают из группы, включающей кремний, карбид кремния, ванадий, тантал, никель, ниобий, молибден и их сплавы.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что плазму генерируют посредством реактора с индуктивной связью.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют реактор с индуктивной связью, обеспечивающий получение ионного тока плотностью 30 А/м² и напряжение смещения на подложке в диапазоне от 200 до 500 В.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что генерируют плазму с толщиной оболочки менее 1,7 мм.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что напряжение смещения на подложке модулируют импульсным сигналом.

9. Изделие, содержащее подложку и пленку алмазоподобного углерода на поверхности подложки, отличающееся тем, что подложка имеет угловатую поверхность, пленка алмазоподобного углерода имеет твердость, превышающую 20 ГПа, и не имеет различимых зерен диаметром 3х10^-8 м или более при наблюдении с 50000-кратным увеличением с помощью сканирующего электронного микроскопа с холодной эмиссией.

10. Изделие по п.9, отличающееся тем, что пленка алмазоподобного углерода является пленкой а-С : Н.

11. Изделие по п.9 или 10, отличающееся тем, что подложка представляет собой металлическое вещество, имеющее поверхностный слой, содержащий материал, выбранный из группы, включающей кремний, карбид кремния, ванадий, тантал, никель, ниобий, молибден и их сплавы.

12. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что оно представляет собой бритвенное лезвие.

13. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что упомянутая поверхность является кромкой бритвенного лезвия.

14. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что оно представляет собой деталь пишущего инструмента.

15. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что оно представляет собой перо ручки.

16. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что оно представляет собой часть пишущего стержня, предназначенную для посадки шарика.

17. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что оно представляет собой игольное острие.

18. Изделие по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что оно представляет собой режущую кромку.

19. Изделие по п.18, отличающееся тем, что упомянутая режущая кромка расположена на режущем краю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22