电气特性可调的涂料制造技术

一种通过在所述基质上涂覆由具有互穿原子标度网络的金刚石状材料制成的可调绝缘涂层，以抑制基质的导电性的方法，所述网络包括由氢稳定的第一金刚石状碳网络、由氧稳定的第二玻璃状硅网络、和任选的至少一种非导电的掺杂元素的网络或含有周期表上１～７ｂ和８族元素的掺杂化合物的网络。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及适用于各种基质的电气特性可调的涂料。应用金刚石状涂料和化学蒸汽淀积金刚石薄膜技术是众所周知的。虽然已知金刚石状涂料(DLC)是适用于许多基质的优良涂料，但它们作为用于承受高的温度和电流的基质的涂料使用时，已产生了一些实际问题。在本领域中的许多可用的DLC涂料经常表现出有良好的热特性，但易于剥落，或存在长期粘附问题。没有一种已知的DLC材料能充分赋予用作绝缘的基质材料以所有必需的特性；例如，电子设备中的绝缘体，以及特别是用于与等离子流有关的设备中的器件。DLC经常出现粘附问题，为此要求在DLC和基质之间淀积有附加的夹层。另外，内应力限制了DLC的许用淀积厚度。尽管可能希望有较厚的DLC来保护基质，但如果将DLC淀积到基质上以形成过分厚的DLC涂层，将发生DLC与夹层和基质的剥离。在某些绝缘应用场合，漏电是不希望的。在这种情况下，选用的绝缘涂料必须能制止绝缘“击穿”，防止电流通过该涂层到达基质，或甚至穿过基质。另外，在许多应用场合中，用作绝缘涂料的材料还必须制止“飞弧”，因而该涂层表面的一个导电点上一些电荷越过该表面到达另一个导电点，从而腐蚀着这二个导电点之间及其周围的表面。此外，在某此应用场合中，可能希望涂料至少具有某种能将电荷传离和引离表面的能力，以免电荷聚集和免于“飞弧”或“击穿”发生。已知的DLC可能一开始能很好地作为绝缘涂料使用。可是，过了一段时间，暴露在大电流下会导致DLC网络中的碳石墨化。当石墨化时，DLC变得更加导电，从而使这种涂料作为一种绝缘材料的目的落空并使基质变成无用，或至少比所要求的更具导电性。没有被充分涂覆和绝缘的电气部件常常会导致使用该部件的装置损坏或较短寿命。另外，辐射效应，包括紫外线辐射和离子轰击，造成DLC涂层的腐蚀或石墨化，常常会加速DLC品质降低。专利技术概述因此，本专利技术涉及用作高级绝缘涂料层的电气特性可调的涂料。根据一个特性，本专利技术涉及一种通过在基质上涂覆由金刚石状固态材料形成的可调绝缘涂层以便抑制所述基质的导电性的方法，而上述金刚石状固态材料则包含有利用氢稳定的金刚石状碳网络、利用氧稳定的玻璃状硅网络、以及任选的至少一种附加的掺杂元素的网络或含有周期表上1～7b和8族元素的掺杂化合物网络组成的互穿原子标度网络。根据另一个特性，本专利技术涉及一种通过在基质上涂覆可调涂层来有选择地改良所述基质导电性的方法，而可调涂层是由含有互穿原子标度网络的金刚石状材料制成，这种互穿原子标度网络则包括利用氢稳定的第一层金刚石状碳网络、利用氧稳定的第二层玻璃状硅网络、以及任选至少一种掺杂元素的网络或含有周期表上1～7b和8族元素的掺杂化合物网络。根据又一个特性，本专利技术涉及一种由金刚石状固态材料形成的可调涂层，而这种金刚石状固态材料则包含利用氢稳定的互穿金刚石状碳网络、利用氧稳定的玻璃状硅网络、以及任选至少一种掺杂元素的网络或含有周期表上1～7b和8族元素的掺杂化合物网络。根据再一个特性，公开了一种具有预定电阻率的电气性能可调涂层，上述涂层是由互穿网络形成的一类金刚石状固态材料所构成，而上述网络则包含有第一层利用氢稳定的金刚石状碳网络、第二层利用氧稳定的硅网络、以及任选的至少一种掺杂元素的网络或含有周期表上1～7b和8族元素的掺杂化合物网络。根据另一个特性，本专利技术涉及一种由基质和该基质上的可调涂层构成的具有可选择地改进电阻率的电气特性可调材料，上述涂层是由互穿网络形成的一类金刚石状固态材料所构成，而所述网络则包含有第一层利用氢稳定的金刚石状碳网络中的碳网络、第二层利用氧稳定的硅网络、以及任选的至少一种掺杂元素的网络、或含有周期表上1～7b和8族元素的掺杂化合物网络。附图简述附图说明图1是表明二网络(A)、中间体(B)、和三网络(C)微型复合物的原理性显微结构的示意图。图2是表明在W-DLN微型复合物情况下电阻率对密度的依赖关系的示意图。图3是表明关于W-合金薄膜的电阻率对温度的依赖关系的示意图。图4是供淀积DLN用的淀积箱的横剖面视图。图5是供利用反射极淀积DLN用的淀积箱的横剖面视图。图6是利用整体地设置在箱内的等离子流源的优选的淀积箱横剖面视图。专利技术详述本专利技术涉及一种通过在基质上涂覆由金刚石状固态材料构成的电气特性可调涂层以便有选择地改变所述基质的导电性的方法，而上述金刚石状固态材料则含有由利用氢稳定的金刚石状碳网络、利用氧稳定的玻璃状硅网络、以及任选的至少一种附加的掺杂元素的网络或含有周期表上1～7b和8族元素的掺杂化合物网络所形成的碳互穿原子标度网络。本专利技术优选的可调绝缘涂层的基本结构是原子标度金刚石状微型复合物(DLN)。这DLN包含有二层或更多层自稳定随机网络。每层网络在化学上本身是稳定的，同时二层网络在结构上彼此也是稳定的。具有上述结构的材料的一个实例是金刚石状微型复合物(DLN)，它是美国专利号5,352,493和1994年5月24日归档的美国专利汇编系列号08/249,167的专利题目。在该DLN中，主要呈“金刚石状”粘结剂形态的第一层随机碳网络在化学上是利用氢原子得以稳定的。第二层玻璃状硅网络在化学上是利用氧原子得以稳定的，结果形成一种纯的非晶状结构。涂层的可调性可以实现，方法是改变由掺杂元素或掺杂化合物构成的任选附加网络的含量和浓度。所要求的可调性也可通过严格控制涂层淀积条件的办法来实现。本文中采用的“非晶状的”系指一种在固态中的原子的随机结构或排列，从而导致没有大范围的正规调整，和没有结晶性或颗粒性。这类DLN不含团粒或大于约10埃量级的团粒。在原子标度上没有团粒是本专利技术的DLN涂料的关键特性。团粒能破坏结构的非晶状特征，并能充当使性能递降的活性中心。本结构借助以下技术已得到证实，即电子投射法、扫描隧道显微技术、原子作用力显微技术、掠射X射线和电子衍射技术和高分辨率透射电子显微技术(TEM)。要防止团粒在源中、在基本等离子流中、在箱的腔内、和在薄膜生长过程中形成。本专利技术的这类金刚石状微型复合物(DLN)固态材料的原子结构表明在图1(A)上。DLN可以有一种或多种附加的单独无序掺杂剂网络，正如图1(B)和1(C)上所示。掺杂剂可以是任何一种或周期表上1b～7b和8族的过渡金属和非金属的组合，此时所有三种类型的网络(C-H；Si-O和掺杂剂网络，Me-Me)主要通过弱化学粘结剂彼此粘结。除C-H网络之外的网络元素也可以叫做合金元素。硅和氧也可以和其它掺杂元素或掺杂化合物一起用于掺杂剂网络。当存在有任选的附加的含掺杂剂的网络时，这掺杂剂网络与以前提到的二种互穿网络一道进行散布。在这种情况下，三层或更多层互穿网络将存在于DLN中以形成所谓Me-DLN(金属 金刚石状微型复合物)网络。当然可以包括非金属掺杂剂网络作为互穿C-H和Si-O网络的任选的现有掺杂剂网络。此外，当要求绝缘涂层时，当然可以包括非导电的掺杂剂作为第三层网络。这可以包括起反应后能产生非导电的化合物的导电元素。当要求可调导电涂层时，导电元素和化合物可以用作掺杂剂网络中的掺杂剂。这三层网络(C-H基体、Si-O基体和掺杂剂基体)主要通过弱化学吸力相互粘结。甚至在金属浓度高达50％下能够防止碳化物生成(利用俄歇电子光谱学、化学分析用电子光谱学(ESCA)、广义X射线吸收精密结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：V·F·道夫曼，A·高尔，
申请(专利权)人：贝克特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：