類金剛石膜及其制備方法

專利名稱：類金剛石膜及其制備方法
技術領域：
本發明是關于一種類金剛石(DLC, diamond-like carbon)膜及其制備方法,尤其指一種碳原子與碳原子、碳原子與氫原子、或碳原子與鹵素原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例是80%以上的類金剛石膜及其制備方法。
背景技術：
類金剛石膜，亦稱為類鉆碳(DLC, Diamond Like Carbon),其內含石墨鍵(sp2)以及鉆石鍵(SP3)，大部份的碳原子具有四面體的鉆石鍵(SP3)，這種鉆石鍵為單鍵，而與其相鄰的原子所提供的單電子形成共價鍵(Covalent Bond)。由于共價鍵的鍵能很大(> 4ev),故其透光度很高。若共價鍵為碳-碳(C-C)單鍵其能隙更可達5. 45ev，因此不會吸收電磁波，可讓各種波長透過，例如紅外線、可見光及波長短至約200nm的紫外線。 DLC可沉積在陶瓷(如，玻璃)、金屬(如，銅鐵)、半導體(如，III-V及II-VI族半導體)或塑料(如，聚碳酸酯(PC))上。所以用途很多，例如可用于紅外線窗口、切削刀具、附刮護鏡、耐酸鍍膜、斥水界面等。由于DLC的主成份為碳(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，銅鐵)，常需先于基材上披露一薄層可形成碳化物的元素(如，硅、鈦、鎢等)，這樣才可增加DLC在基材上表面的附著力。例如，若欲于玻璃表面形成DLC,由于玻璃內含多量娃(Si),因此可先于玻璃表面形成含娃的化合物(如，分解三甲基娃燒(Trimethyl Silane)所形成的碳化娃)，再鍍DLC。又例如，若欲于銅鐵表面形成DLC時，由于銅鐵會溶碳并催化鉆石成石墨，因此如高速鋼的銅鐵刀片于披覆DLC的前，可先披覆一薄層鈦，使增加DLC在基材上表面的附著力。此外，若欲于塑料表面形成DLC時，由于塑料較軟，而且熱膨脹率甚大，堅硬且熱膨脹率甚低的DLC很容易自塑料表面剝離。因此，DLC內通常要加入大量的氫原子使其成份接近塑料，這樣DLC就比較容易附著在塑料上。事實上，塑料是以碳為骨架的材料，塑料內含有甚多的鉆石鍵。但塑料內的鉆石鍵被氫、氮、或氧等原子隔離才使塑料的分子之間分開。這樣塑料才變軟而具有可塑性。制作類金剛石膜的方法上，一般DLC的碳原料或前趨物(Precursor)可為固體(如，石墨)，液體(如，酒精)或氣體(如，甲烷、乙炔)。為了披覆在基材上，DLC的鍍膜方法常使用不發生化學反應的物理法，即所謂的物理氣相沉積(PVD，Physical VaporDeposition)。物理氣相沉積通常在真空下進行。碳原子先以能量拆散，再沉積在基材上。由于能量集中在碳原料上，所以基材的溫度可以保持較低(如< 200°C )，這樣就不致改變基材的性質。能量加在碳原料的方法有多種，包括加熱的蒸鍍(Evaporation Coating)、離子撞擊的派鍍(Sputtering)、或形成離子的離子鍍(Ion Plating),其是將石墨氣化成碳離子電弧，再加速撞擊到基材的鍍膜方法(Arc Deposition)。雖然DLC的披覆方法及應用多已公知，但通常使用甲烷、乙炔、或石墨等前趨物所制得的DLC內含有較高含量的導電石墨鍵，以致其絕緣性及透光度都不足。例如，鍍在電路板的鋁基材上時，會由于絕緣性不佳而漏電；又如，鍍在眼鏡上會由于透光度不佳而使鏡片變暗。此外，具有石墨鍵的DLC也較軟而且容易氧化，所以容易剝落或變質。因此，本領域亟需一種絕緣性佳、透光度高、質地較堅硬、且不輕易氧化的DLC。使可應用于各處，達到保護、絕緣、透光等效果，以加惠世人。

發明內容
本發明的目的在于提供一種類金剛石膜及其制備方法。為實現上述目的，本發明提供的類金剛石膜，該類金剛石膜包括至少一碳數為2以上的碳化合物，該類金剛石膜所組成的原子中所含碳原子的比例為50%以上，且該類金剛石膜中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜中原子之間的鍵結是選自由碳原子與碳原子之間的鍵結、碳原子與氫原子之間的鍵結、及碳原子與鹵素原子之間的鍵結所組成的群組。所述的類金剛石膜,其中，該類金剛石膜是由一前趨物(precursor)形成,該前趨物為一碳數為2以上的碳化合物，且其中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是由一前趨物形成，該前趨物為一碳數為2以上的碳化合物，且其中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為90%以上。所述的類金剛石膜，其中，該前趨物是選自由碳數為2以上的烷類、金剛烷、納米鉆石、微米鉆石及其混合物所組成的群組。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜包括一鹵素的有機化合物或硅化合物。所述的類金剛石膜，其中，該鹵素的有機化合物是選自由氟的有機化合物、氯的有機化合物、溴的有機化合物、碘的有機化合物及其混合所組成的群組。所述的類金剛石膜，其中，該氟的有機化合物為聚四氟乙烯。所述的類金剛石膜，其中，該鹵素原子或硅原子于該類金剛石膜中所占的原子比例為 5% -30%o所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的電阻率為IO4Qcm以上。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的維氏硬度為900-4000kg/mm2。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的藍光穿透率為80%以上。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是覆于一基材的表面。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是用于使該基材的表面水-接觸角(contact angle)上升。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的厚度為lOnm-lOum。所述的類金剛石膜，其中，該基材是選自由一電路板、一發光二極管的外延層、一集成電路、一電極、一硬盤、一磁盤、一光盤、一玻璃基板、一金屬基板、一模具、一液晶顯不器面板、一陶瓷基板、一高分子基板以及一觸控面板所組成的群組。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜為圖案化的類金剛石膜。所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜與該基材之間包括一中間層。所述的類金剛石膜，其中，該中間層是選自由碳、氫、硅及其混合所組成的群組。(例如，可為碳化硅，可提升DLC與基材間的結合性)。
所述的類金剛石膜，其中，該硅原子于該中間層中所占的原子比例為5% -40%。本發明提供的類金剛石膜的形成方法，該方法包括步驟A)提供一前趨物并將其導入至一真空腔體中，該前趨物包括至少一碳數為2以上的碳化合物，且該碳化合物中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上；以及B)使用該前趨物，以物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式于一基材的表面形成該類金剛石膜。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)中，該碳化合物中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為90%以上。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)中，該碳化合物中原子之間的鍵結 是選自由碳原子與碳原子之間的鍵結、碳原子與氫原子之間的鍵結、及碳原子與鹵素原子之間的鍵結所組成的群組。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)之前包括一步驟A0):提供氫氣，以該氫氣處理該前趨物。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該前趨物為固體、液體、氣體或其混合物。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該前趨物是選自由碳數為2以上的烷類、金剛燒(adamantane)、納米鉆石、微米鉆石及其混合物所組成的群組。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)包括提供一含鹵素的有機化合物或一含硅的化合物至該真空腔體中，該含鹵素的有機化合物的鹵素原子是選自由氟、氯、溴、碘及其混合所組成的群組。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該含鹵素的有機化合物是聚四氟乙烯。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該前趨物包括一種或二種以上碳數為2以上的碳化合物。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，是用于使該基材的表面水-接觸角(contact angle)上升。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟B)中，該類金剛石膜是以圖案化的物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式形成。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟A)之后包括一步驟Al):將該前趨物制作成一靶材。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟B)中的物理氣相沉積方法是選自由等離子體派鍍法(Plasma Sputtering)、熱蒸鍍沉積法及離子束派鍍法(Ion BeamSputtering Deposition, IBSD)所組成的群組；且該化學氣相沉積方法是選自由等離子體輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced CVD)、射頻化學氣相沉積(Radio FrenquencyCVD)及微波化學氣相沉積(Microwave CVD)所組成的群組。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的厚度為lOnm-lOum。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該基材是選自由一電路板、一發光二極管的外延層、一集成電路、一電極、一硬盤、一磁盤、一光盤、一玻璃基板、一金屬基板、一模具、一液晶顯示器面板、以及一觸控面板所組成的群組。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的藍光穿透率為80%以上。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的電阻率為IO4Qcm以上。
所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟A)前包括形成一中間層于該基材的表面。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該中間層是選自由碳、氫、硅及其混合所組成的群組。所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該硅原子于該中間層中所占的原子比例為5% -40%。本發明的類金剛石膜可用于保護物品表面、提升物品表面疏水性，提升絕緣性質，防止表面氧化，避免濕氣侵入，防止酸蝕，防止灰塵進入，避免物品表面遭灰塵顆粒刮傷。且可于不影響光穿透性的前提下，提供物品保護。例如，可作為電視以及手機屏幕的保護膜，使其不怕酸(如，果汁)以及灰塵侵入，且不影響透光度。此外，亦可鍍覆于磁盤或光盤表 面，使提供保護功能避免刮傷。此外，本發明的類金剛石膜可經圖案化形成于親水的玻璃基板表面，使玻璃基板同時具有疏水及親水特性，而使其觸感滑溜(即，具疏油(Iipophobic)性)，且不黏塵(lipophilic)。本發明的類金剛石膜可取代公知常用的DLC，本發明的類金剛石膜含有含量小于約20% (較佳為10%，更佳為約5%)的石墨鍵，其絕大部份的碳原子以單鍵(飽和鍵結)化合，亦即，碳原子與其它原子之間大部分是以單鍵進行鍵結，例如形成C-C、C-H、C-F或C-Cl的單鍵共價鍵。因此本發明的類金剛石膜其電阻率甚高(能隙大于4ev)，且同時可使包括短波(如藍光)的可見光透過。本發明的類金剛石膜，由于碳原子形成晶格的表面不含金屬鍵，因此惰性(inert character)甚高，可排斥電荷，因此本發明的類金剛石膜具有不被極性液體潤濕的特性，即具有疏水性及斥鹽性。因此，不會被鹽水或酸液等腐蝕。本發明的方法所形成的類金剛石膜可用于保護物品表面、提升物品表面疏水性，提升絕緣性質，防止表面氧化，避免濕氣侵入，防止酸蝕，防止灰塵進入，避免物品表面遭灰塵顆粒刮傷。且可于不影響光穿透性的前提下，提供物品保護。例如，可作為電視以及手機屏幕的保護膜，使其不怕酸(如，果汁)以及灰塵侵入，且不影響透光度。此外，亦可鍍覆于磁盤或光盤表面，使提供保護功能避免刮傷。此外，本發明的方法所形成的類金剛石膜可經圖案化形成于親水的玻璃基板表面，使玻璃基板同時具有疏水及親水特性，而使其觸感滑溜(即，具疏油(Iipophobic)性)，且不黏塵(lipophilic)。


圖I是本發明實施例I的類金剛石膜的藍光穿透率測試結果圖。
具體實施例方式本發明的該類金剛石膜是包括至少一碳數為2以上的碳化合物，該類金剛石膜所組成的原子中所含碳原子的比例為50%以上，且該類金剛石膜中原子之間的鍵結為飽和鍵結(即，飽和單鍵)的比例為80%以上。本發明的特點之一是以含石墨鍵極少的原材料披覆基材。基材可為半導體(如硅)，陶瓷(如玻璃)，或金屬(如鋁)。本發明中，該類金剛石膜中原子之間的鍵結是選自由碳原子與碳原子之間的鍵結、碳原子與氫原子之間的鍵結、及碳原子與鹵素原子之間的鍵結所組成的群組(例如C-C、C-H、C-F 或 C-Cl 鍵結)。本發明中，類金剛石膜較佳可由一前趨物(precursor)形成，該前趨物為一碳數為2以上的碳化合物，且其中原子之間的鍵結(例如，碳原子與碳原子、碳原子與氫原子、或碳原子與鹵素原子之間的鍵結(例如，C-C、C-H、C-F或C-Cl鍵結))為飽和鍵結的比例可為80%以上，較佳為90%以上，更佳為95%以上。
本發明的具體實施態樣之一為，以具有飽和碳鍵的化合物(如，烷類)作為前趨物原料制備類金剛石膜，而避免使用具不飽和鍵的化合物(如，烯類或炔類)作為原料。更進一步地，本發明較佳是使用大分子且具飽和碳鍵的化合物為前趨物原料，這樣才能增加沉積速率。例如，不以公知常用的甲烷(CH4)為原料，而以丙烷或丁烷為前趨物氣體原料。本發明的優先使用前趨物原料為具有鉆石鍵的液體(如，金剛烷(Adamantane))、或固體(如，納米鉆石、微米鉆石)。本發明的類金剛石膜也可使用液體膠結的固體(如以金剛烷黏結的納米鉆石)作為前趨物原料來制備。本發明中，類金剛石膜較佳是由上述該前趨物，以物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積的方式形成。本發明中，披覆類金剛石膜的方法較佳可為任何一種物理氣相沉積方法或化學氣相沉積方法，類金剛石膜可形成于各種基材上，而基材可為陶瓷、金屬、半導體或塑料。例如，本發明所披覆的類金剛石膜可披露于模具、鉆針、電路板、觸控面板、磁盤、光盤、太陽能電池、LED等。物理氣相沉積方法可選擇如電阻式加熱法、激光蒸鍍沉積法、弧光放電加熱法(Arc)、電子槍加熱法、射頻加熱法(RF Heating)、或分子外延長膜法(MBE，MolecularBeam Epitacy)的熱蒸鍍沉積法；或是如平面二極派鍍(Planar Diode SputteringDeposition (DC Sputtering Deposition))、雙陰極灘鍛(Dual Cathodes SputteringDeposition)、三極灘鍛(Triode Sputtering Deposition)、磁控灘鍛(MagnetronSputtering Deposition)、射頻派鍍(RFSputtering Deposition)的等離子體派鍍法；或是離子束派鍍法(Ion BeamSputtering Deposition)。化學氣相沉積方法較佳可選自由等離子體輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced CVD)、射頻化學氣相沉積(Radio FrenquencyCVD)、及微波化學氣相沉積(Microwave CVD)所組成的群組。根據本發明的類金剛石膜，其中，該前趨物及/或該碳數為2以上的碳化合物較佳可選自由碳數為2以上的燒類(例如，乙燒、丁燒)、金剛燒(adamantane)、納米鉆石、微米鉆石、及其混合物所組成的群組。根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜較佳可還包括一鹵素的有機化合物或硅化合物，且該鹵素的有機化合物較佳可選自由氟的有機化合物、氯的有機化合物、溴的有機化合物、碘的有機化合物、及其混合所組成的群組。而該氟的有機化合物較佳可為聚四氟乙烯(即，鐵氟龍(Teflon))。根據本發明的類金剛石膜，其中，該鹵素原子或硅原子于該類金剛石膜中所占的原子比例較佳可為5% -30%。根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的電阻率較佳可為IO4Qcm以上，更佳為IO7-IO13 Ω Cm,使具有相當程度的絕緣特性。根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的藍光穿透率較佳可為80%以上，使可應用于藍光光盤及其它處。
根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的維氏硬度較佳可為900_4000kg/mm2 ο根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜較佳可覆于一基材的表面，可用于使該基材的表面水-接觸角(contact angle)上升。亦即，提升該基材的疏水性。根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的厚度較佳可為lOnm-lOum。如需要有較佳的透光性，其厚度較佳可為IOOnm以內。根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜較佳可覆于一基材的表面，該基材較佳可選自由一電路板、一發光二極管的外延層、一集成電路、一電極、一硬盤(harddrive)、一磁盤、一光盤、一玻璃基板、一金屬基板(例如,招基板)、一模具(如，機械設備的模塊)、一液晶顯示器面板、以及一觸控面板所組成的群組。 根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜較佳可為圖案化的類金剛石膜。例如，具有周期性格紋網狀、點狀(或島狀)、或條紋狀。使經類金剛石膜的表面可同時具有親水性(hydrophilic)及疏水性(hydrophobic)。例如，于玻璃基板上形成點狀圖案化的類金剛石膜，可使玻璃表面兼具親水性及疏水性，更使其表面滑溜(疏油，Lipophobic)也不黏塵(Lipophilic)。以點狀或網狀類金剛石膜披覆的面板不僅不怕酸(如，果汁)蝕，亦可達到不留油跡(如，指紋)的效果。類金剛石膜可作為顯示器、電視、及手機最佳的保護膜。除此之外，類金剛石膜還可避免磨耗，也可防止沙塵刮傷。另外，似鉆膜還可填補玻璃表面拋光留下的微裂紋，使避免玻璃面板在碰撞時(如，手機掉落時)裂開。此外，根據本發明的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜與該基材之間較佳可還包括一中間層。此外，根據本發明的類金剛石膜，其中，該中間層較佳可選自由碳、氫、硅、及其混合所組成的群組。(例如，可為碳化硅，可提升DLC與基材間的結合性)。并且，該硅原子于該中間層中所占的原子比例較佳可為5% -40%。本發明另提供一種類金剛石膜的形成方法，該方法包括步驟(A)提供一前趨物并將其導入至一真空腔體中，該前趨物是包括至少一碳數為2以上的碳化合物，且該碳化合物中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上；以及(B)使用該前趨物，以物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式于一基材的表面形成該類金剛石膜。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中步驟(A)中，該碳化合物中原子之間的鍵結較佳可為飽和鍵結的比例較佳為80%以上，更佳為90%以上。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中碳化合物中原子之間的鍵結可選自由碳原子與碳原子之間的鍵結、碳原子與氫原子之間的鍵結、及碳原子與鹵素原子之間的鍵結所組成的群組。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中步驟(A)的前較佳可還包括一步驟(AO):提供氫氣，以該氫氣處理該前趨物。氫氣可消除前趨物中所含的石墨鍵(sp2)，使形成更多的鉆石鍵(sp3)。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中該前趨物較佳可為固體、液體、或其混合物。例如，前趨物可包括有納米鉆石、微米鉆石、金剛燒(adamantane,C10H16)、或納米鉆石與金剛烷的混合物。其中，前趨物所含的碳數為2以上的碳化合物較佳可選自由碳數為2以上的烷類(例如，乙烷、丁烷)、金剛烷、納米鉆石、及其混合物所組成的群組。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，步驟㈧還包括提供一含鹵素的有機化合物或一含硅的化合物至該真空腔體中，其中該含鹵素的有機化合物的鹵素原子較佳可選自由氟、氯、溴、碘、及其混合所組成的群組。較佳地，該含鹵素的有機化合物為聚四氟乙烯(即，鐵氟龍(Teflon) ο根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中該前趨物較佳可包括一種或二種以上碳數為2以上的碳化合物，且該些碳原子與碳原子、碳原子與氫原子、或碳原子與鹵素原子之間的鍵結較佳可為飽和鍵結的比例可為80%以上，較佳為90%以上，更佳為95%以上。例如，前趨物可為納米鉆石與金剛烷的混合物。 本發明的類金剛石膜的形成方法，較佳可用于使該基材的表面水-接觸角(contact angle)上升。亦即，提升基材(如玻璃基板)的疏水性。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中該步驟(B)中，該類金剛石膜較佳可以圖案化的物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式形成。使所形成的類金剛石膜為圖案化的類金剛石膜。例如，具有周期性格紋網狀、點狀(或島狀)、或條紋狀。使經類金剛石膜的表面可同時具有親水性及疏水性。例如，于玻璃基板上形成點狀圖案化的類金剛石膜，可使玻璃表面兼具親水性及疏水性，更使其表面滑溜(疏油)也不黏塵。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中該步驟(A)之后較佳可還包括一步驟(Al):將該前趨物制作成一靶材(例如，濺鍍靶材)。例如，將鐵弗龍(Teflon)粉末滲入納米鉆石的泥漿內而制成靶材。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中該步驟(B)中的物理氣相沉積方法較佳可選自由等離子體派鍍法(Plasma Sputtering)、熱蒸鍍沉積法、及離子束派鍍法(Ion Beam Sputtering Deposition, IBSD)所組成的群組；且化學氣相沉積方法較佳可選自由等離子體輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced CVD)、射頻化學氣相沉積(RadioFrenquency CVD)、及微波化學氣相沉積(Microwave CVD)所組成的群組。熱蒸鍍沉積例如有電阻式加熱法、激光蒸鍍沉積法、弧光放電加熱法沉積、電子槍加熱沉積、射頻加熱、或分子外延長膜法。等離子體濺鍍法例如有平面二極濺鍍、射頻濺鍍、雙陰極濺鍍、三極濺鍍、或磁控濺鍍。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的厚度較佳可為10nm-10um。如需要有較佳的透光性，其厚度較佳可為IOOnm以內。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中，該基材較佳可選自由一電路板、一發光二極管的外延層、一集成電路、一電極、一硬盤(hard drive)、一磁盤、一光盤、一玻璃基板、一金屬基板(例如，招基板)、一模具(如，機械設備的模塊)、一液晶顯不器面板、以及一觸控面板所組成的群組。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的藍光穿透率較佳可為80%以上，使可應用于藍光光盤及其它。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的電阻率較佳可為IO4Qcm以上，使具有相當程度的絕緣特性。根據本發明的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟㈧前較佳可還包括形成一中間層于該基材的表面。其中，該中間層較佳可選自由碳、氫、硅、及其混合所組成的群組。其中，該硅原子于該中間層中所占的原子比例較佳可為5% -40%。以下結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。實施例I
將作為前趨物的金剛燒(Adamantane)的蒸氣滲入氫氣后(10 50% ),導入至一真空腔體。接著，提供射頻(如13. 56MHZ的Radio Frequency)(即，使用射頻派鍍(RadioFrequency, RF))或微波(Microwave)的化學氣相沉積方法(Chemical vapor deposition,CVD))解離C-H鍵而使具單鍵的碳披覆在鋁基板、模具、LED外延層、硬盤(Hard Drive)或光盤片上，而形成本實施例的類金剛石膜。類金剛石膜也可作為透光的保護膜，并同時包括絕緣、耐蝕、防刮等功能。其中，所形成的類金剛石膜的厚度約為10nm-10um。如需要有較佳的透光性，其厚度較佳可為IOOnm以內。此外，將所形成的類金剛石膜進行電阻率測試，可得到其電阻率為IO4Qcm以上，即顯示本實施例的類金剛石膜具有相當程度的絕緣特性。將所形成的類金剛石膜進行藍光穿透率測試，可得到其藍光穿透率為80%以上，如圖I所示。實施例2把鉆石(如，粒徑100 μ m左右的鉆石顆粒)混入樹脂中攪拌成泥狀。再以滾輪來回碾軋形成薄片。接著，以紫外線照射或加熱使樹脂固化，再以砂輪研磨使鉆石露出，形成固定的鉆石突出點，而得到一鉆石樹脂盤。將利用黃色炸藥(TNT)爆炸所形成的納米鉆石顆粒在氫氣下熱處理，利用氫氣消除石墨鍵并使鉆石顆粒具有親油性。之后，加入金剛烷作為黏結劑，并制成泥狀。其后，將納米鉆石泥壓鑄在上述的鉆石樹脂盤上。將上述表面披覆納米鉆石的鉆石樹脂盤裝進一金屬背板中，使成為一靶材盤。以此具有鉆石樹脂盤的靶材盤作為靶材，使用射頻(RF)濺鍍，以披覆類金剛石膜在刀具、模具、磁盤或光盤上。實施例3本實施例是使用如實施例2中所述的相似方法制作靶材。其步驟是，將鐵弗龍(Teflon)粉末滲入納米鉆石的泥衆(鉆石顆粒混入樹脂形成)內制成祀材(其中，納米鉆石的比例約為99 50Vol % )，并使用此靶材濺鍍形成圖案化類金剛石膜在玻璃基板上。由于此滲有鐵弗龍的類金剛石膜含有氟原子，氟原子具有穩定八隅體的價電子，因此可迫使類金剛石膜的與水接觸角(Contact Angle)增加。在此，為了形成圖案化的類金剛石膜，于濺鍍前，上述的玻璃基板表面須先行披覆網狀的光阻，使類金剛石膜鍍在網孔內。其后移除光阻使玻璃板上附著疏水的鉆石島(例如，間隔為IOOnm)。島形類金剛石膜鍍經測試后，其與水接觸角(contact angle)約為115度。玻璃基板本身的氧化物(如，SiO2)為親水性，但覆于玻璃基板表面的島形類金剛石膜鍍為疏水性，因此經由覆蓋類金剛石膜鍍的玻璃基板則呈現二種性質(即，親水及疏水性)。這種兼具親水(Hydrophilic)及疏水(Hydrophohic)的觸控面板,不僅甚滑溜(疏油，Lipophobic)，也不黏塵(Lipophilic)。此外，若經島狀或網狀類金剛石膜披覆的面板，可不僅不怕酸(如，果汁)蝕，也不留油跡(如，指紋)。本發明的類金剛石膜可作為顯示器、電視、及手機等最佳的保護膜。除此之外，本發明的類金剛石膜亦可避免磨耗，也可防止沙塵刮傷。另外，本發明的類金剛石膜還可填補玻璃表面拋光留下的微裂紋，使玻璃面板在碰撞時(如，手機掉落時)裂開。綜上所述，本發明提供了一種類金剛石膜及其制備方法。本發明的類金剛石膜可用于保護物品表面、提升物品表面疏水性，提升絕緣性質，防止表面氧化，避免濕氣侵入，防止酸蝕，防止灰塵進入，避免物品表面遭灰塵顆粒刮傷。且可于不影響光穿透性的前提下，提供物品保護。例如，可作為電視以及手機屏幕的保護膜，使其不怕酸(如，果汁)以及灰塵侵入，且不影響透光度。此外，亦可鍍覆于磁盤或光盤表面，使提供保護功能避免刮傷。此夕卜，本發明的類金剛石膜可經圖案化形成于親水的玻璃基板表面，使玻璃基板同時具有疏水及親水特性，而使其觸感滑溜(即，具疏油(Iipophobic)性)，且不黏塵(lipophilic)。本發明的類金剛石膜可取代公知常用的DLC，本發明的類金剛石膜含有含量小于·約20% (較佳為10%，更佳為約5%)的石墨鍵，其絕大部份的碳原子是以單鍵(飽和鍵結)化合，例如，包括形成C-C、C-H、C-F或C-Cl的單鍵共價鍵。因此本發明的類金剛石膜其電阻率甚高(能隙大于4ev)，且同時可使包括短波(如藍光)的可見光透過。本發明的類金剛石膜，由于碳原子形成晶格的表面不含金屬鍵，因此惰性(inert character)甚高，可排斥電荷，因此本發明的類金剛石膜具有不被極性液體潤濕的特性，即具有疏水性及斥鹽性。因此，不會被鹽水或酸液等腐蝕。上述實施例僅為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利范圍自應以申請的權利要求范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種類金剛石膜，該類金剛石膜包括至少一碳數為2以上的碳化合物，該類金剛石膜所組成的原子中所含碳原子的比例為50%以上，且該類金剛石膜中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上。
2.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜中原子之間的鍵結是選自由碳原子與碳原子之間的鍵結、碳原子與氫原子之間的鍵結、及碳原子與鹵素原子之間的鍵結所組成的群組。
3.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是由一前趨物形成，該前趨物為一碳數為2以上的碳化合物，且其中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上。
4.如權利要求3所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是由一前趨物形成，該前趨物為一碳數為2以上的碳化合物，且其中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為90%以上。
5.如權利要求3所述的類金剛石膜，其中，該前趨物是選自由碳數為2以上的烷類、金剛烷、納米鉆石、微米鉆石及其混合物所組成的群組。
6.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜包括一鹵素的有機化合物或硅化合物。
7.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該鹵素的有機化合物是選自由氟的有機化合物、氯的有機化合物、溴的有機化合物、碘的有機化合物及其混合所組成的群組。
8.如權利要求7所述的類金剛石膜，其中，該氟的有機化合物為聚四氟乙烯。
9.如權利要求7所述的類金剛石膜，其中，該鹵素原子或硅原子于該類金剛石膜中所占的原子比例為5% -30%。
10.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的電阻率為104Qcm以上。
11.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的維氏硬度為900-4000kg/mm2 ο
12.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的藍光穿透率為80%以上。
13.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是覆于一基材的表面。
14.如權利要求13所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜是用于使該基材的表面水-接觸角上升。
15.如權利要求I所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜的厚度為lOnm-lOum。
16.如權利要求13所述的類金剛石膜,其中，該基材是選自由一電路板、一發光二極管的外延層、一集成電路、一電極、一硬盤、一磁盤、一光盤、一玻璃基板、一金屬基板、一模具、一液晶顯示器面板、一陶瓷基板、一高分子基板以及一觸控面板所組成的群組。
17.如權利要求13所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜為圖案化的類金剛石膜。
18.如權利要求13所述的類金剛石膜，其中，該類金剛石膜與該基材之間包括一中間層。
19.如權利要求18所述的類金剛石膜，其中，該中間層是選自由碳、氫、硅及其混合所組成的群組。
20.如權利要求19所述的類金剛石膜，其中，該硅原子于該中間層中所占的原子比例為 5% -40% ο
21.一種類金剛石膜的形成方法，該方法包括步驟 A)提供一前趨物并將其導入至一真空腔體中，該前趨物包括至少一碳數為2以上的碳化合物，且該碳化合物中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為80%以上；以及 B)使用該前趨物，以物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式于一基材的表面形成該類金剛石膜。
22.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)中，該碳化合物中原子之間的鍵結為飽和鍵結的比例為90%以上。
23.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)中，該碳化合物中原子之間的鍵結是選自由碳原子與碳原子之間的鍵結、碳原子與氫原子之間的鍵結、及碳原子與鹵素原子之間的鍵結所組成的群組。
24.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)之前包括一步驟A0)提供氫氣，以該氫氣處理該前趨物。
25.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該前趨物為固體、液體、氣體或其混合物。
26.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該前趨物是選自由碳數為2以上的烷類、金剛烷、納米鉆石、微米鉆石及其混合物所組成的群組。
27.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，步驟A)包括提供一含鹵素的有機化合物或一含硅的化合物至該真空腔體中，該含鹵素的有機化合物的鹵素原子是選自由氟、氯、溴、碘及其混合所組成的群組。
28.如權利要求27所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該含鹵素的有機化合物是聚四氟乙烯。
29.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該前趨物包括一種或二種以上碳數為2以上的碳化合物。
30.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，是用于使該基材的表面水-接觸角上升。
31.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟B)中，該類金剛石膜是以圖案化的物理氣相沉積或化學氣相沉積的方式形成。
32.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟A)之后包括一步驟Al):將該前趨物制作成一靶材。
33.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟B)中的物理氣相沉積方法是選自由等離子體濺鍍法、熱蒸鍍沉積法及離子束濺鍍法所組成的群組；且該化學氣相沉積方法是選自由等離子體輔助化學氣相沉積、射頻化學氣相沉積及微波化學氣相沉積所組成的群組。
34.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的厚度為IOnm-IOum0
35.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該基材是選自由一電路板、一發光二極管的外延層、一集成電路、一電極、一硬盤、一磁盤、一光盤、一玻璃基板、一金屬基板、一模具、一液晶顯示器面板、以及一觸控面板所組成的群組。
36.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的藍光穿透率為80%以上。
37.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該類金剛石膜的電阻率為IO4Qcm 以上。
38.如權利要求21所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該步驟A)前包括形成一中間層于該基材的表面。
39.如權利要求38所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該中間層是選自由碳、氫、硅及其混合所組成的群組。
40.如權利要求39所述的類金剛石膜的形成方法，其中，該硅原子于該中間層中所占的原子比例為5% -40%。·
全文摘要
本發明是有關于一種類金剛石(DLC)膜及其制備方法。本發明的類金剛石膜包括至少一碳數為2以上的碳化合物，該類金剛石膜所組成的原子中所含碳原子的比例為50％以上，且該類金剛石膜中的碳原子與碳原子、碳原子與氫原子、或碳原子與鹵素原子之間的鍵結(例如C-C、C-H、C-F或C-Cl鍵結)為飽和鍵結(即飽和單鍵)的比例為80％以上。
文檔編號C23C16/26GK102953043SQ20111030395
公開日2013年3月6日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年8月24日
發明者宋健民, 甘明吉, 林逸樵 申請人:錸鉆科技股份有限公司