專利名稱：：類鉆碳膜層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種類鉆碳膜層的制作方法，尤指一種利用濺鍍方式于基板表面生長一類鉆碳膜層的制作方法。
背景技術(shù)：
：對于目前場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射體的研究方向，多以碳材為主，主要是因?yàn)楣饘馘F電子發(fā)射組件的壽命短暫且制作不易，故現(xiàn)今多采用具有化學(xué)穩(wěn)定性、電傳導(dǎo)性、或低電子親和性的碳材作為發(fā)展對象。相關(guān)的碳材有非晶系碳薄膜(amorphouscarbonfilm)、鉆石薄膜(diamondfilm)、類鉆碳薄膜(diamond-likecarbonfilm)、以及纟內(nèi)米碳管(carbonnanotube)。由于納米碳管具有高的高寬比結(jié)構(gòu)，使其擁有低啟始電壓與高電流發(fā)射密度等性質(zhì)，即具有良好的場發(fā)射增強(qiáng)因子，因此成為目前熱門的場發(fā)射電子材料。但是，當(dāng)納米碳管面臨后續(xù)制程應(yīng)用時(shí)，卻因其納米級結(jié)構(gòu)而難以均勻分散于欲配制的電子發(fā)射漿料中，導(dǎo)致電流分布不均而產(chǎn)生使用壽命減少等問題。此外，納米結(jié)構(gòu)伴隨表面積大的物性，將造成其不穩(wěn)定的因素。因此，納米碳管尚須進(jìn)行表面改質(zhì)，方可增加場發(fā)射的穩(wěn)定性。類鉆碳主要是由spi立體結(jié)構(gòu)與sP平面結(jié)構(gòu)的非晶碳所組成。由于sp3易有低電子親和能與較強(qiáng)的機(jī)械性質(zhì)，且SPS具有較佳的導(dǎo)電性質(zhì)，所以兩者所形成的類鉆碳材料可兼具有低電子親和能以及導(dǎo)電性等特色。盡管類鉆碳具有低電子親和能的優(yōu)點(diǎn)，但是公知類鉆碳的電子發(fā)射能力仍略低于納米碳管。此主要原因在于，公知的類鉆碳結(jié)構(gòu)不具有如同納米碳管高的高寬比結(jié)構(gòu)。中國臺灣專利號00444232中，雖提到一類鉆碳膜，但其結(jié)構(gòu)是在一作為電子發(fā)射的尖端上形成類鉆碳膜；此外，中國臺灣專利號00420723中的描述，是利用電漿輔助化學(xué)氣相沉積法(PECVD)的方式，形成類鉆碳膜；由上述二案可發(fā)現(xiàn)公知類鉆碳結(jié)構(gòu)多以薄膜形式呈現(xiàn)，而至今尚未有具有高的高寬比類鉆碳的結(jié)構(gòu)被發(fā)表。因此，目前亟需一種類鉆碳膜層的制作方法。此方法所制作的類鉆碳膜層不僅可具有高的高寬比結(jié)構(gòu)特征，且同時(shí)具有低電子親和力的特色，足以成為良好的電子發(fā)射材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種類鉆碳膜層的制作方法。本發(fā)明的關(guān)于片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層的制作方法，且該片狀結(jié)構(gòu)可于基板表面排列成花瓣圖案。于本發(fā)明制作的類鉆碳膜中，片狀結(jié)構(gòu)的高度約為微米級尺寸，片狀結(jié)構(gòu)的厚度約為納米級尺寸，所以本發(fā)明類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)可具有高的高寬比特征。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的類鉆碳膜層的制作方法，包括以下步驟(a)提供一反應(yīng)室，并且將一基板置入該反應(yīng)室內(nèi)；(b)使該反應(yīng)室的壓力低于10—、1T以下；(c)導(dǎo)入至少一含碳的氣體于該反應(yīng)室內(nèi)；以及(d)使用一石墨鈀材以濺鍍沉積一類鉆碳膜層于該基板表面；其中，該類鉆碳膜層具有片狀結(jié)構(gòu)，該類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)排列于該基板表面，形成一花瓣圖案。所述的制作方法，其中步驟(c)所導(dǎo)入的該氣體還包括惰性氣體、氫氣、或其組合。所述的制作方法，其中該惰性氣體、該含碳的氣體、與該氡氣的導(dǎo)入比例為5-20:1-10:0-10。所述的制作方法，其中該含碳的氣體為一碳?xì)錃怏w。所述的制作方法，其中該碳?xì)錃怏w為甲烷或乙炔。所述的制作方法，其中該惰性氣體為氬氣。所述的制作方法，其中于步驟(d)進(jìn)行濺鍍之前，加熱該基板以使該基板具有一介于35(TC至60(TC的溫度。所述的制作方法，其中于步驟(d)進(jìn)行濺鍍之前，加熱該基板以使該基板具有一介于400。C至55CTC的溫度。所述的制作方法，其中該基板為半導(dǎo)體材料、或玻璃材料。所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度介于0.5,至5.0,之間。所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度介于0.9pm至2.(Him之間。所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)的厚度介于0.005,至0.1,之間。所述的制作方法，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度介于0.005,至0.05,之間。所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)為彎曲片狀結(jié)構(gòu)、長條片狀結(jié)構(gòu)、或其組合。所述的制作方法，其中該基板表面還包含一導(dǎo)電層，且該導(dǎo)電層介于該基板與該類鉆碳膜層之間。所述的制作方法，其中該導(dǎo)電層為氧化錫、氧化鋅、氧化鋅錫、金屬材料、或合金材料。所述的制作方法，其中該步驟(d)進(jìn)行該濺鍍的反應(yīng)功率低于200瓦以下。所述的制作方法，其中該步驟(d)進(jìn)行該濺鍍的反應(yīng)功率低于150瓦以下。所述的制作方法，其中于該步驟(b)中，該反應(yīng)室的壓力介于1><10—3至20xl0-3torr之間。換言之，本發(fā)明提供的類鉆碳膜層的制作方法，其包含的步驟有(a)提供一反應(yīng)室，并且將一基板置入反應(yīng)室內(nèi)；(b)使反應(yīng)室的壓力低于10—6Torr以下；(c)導(dǎo)入至少一含碳的氣體于反應(yīng)室內(nèi)；以及(d)使用一石墨鈀材以濺鍍沉積一類鉆碳膜層于基板表面。其中，本發(fā)明方法所制作的類鉆碳膜層具有一片狀結(jié)構(gòu)，且類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)于基板表面排列成一花瓣圖案。再者，本發(fā)明片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度可為微米級尺寸，較佳可介于0.5pm至5.0pm的高度，更佳可介于0.9pm至2.(Vm的高度。且，本發(fā)明片狀結(jié)構(gòu)的厚度可為納米級尺寸，較佳可介于0.005pm至0.1^im之間，更佳可介于0.005nm至0.05pm之間。因此，本發(fā)明方法所制作的類鉆碳膜層可具有高的高寬比特征，且具有低的電子親和力，以成為良好的電子發(fā)射源。此外，本發(fā)明制作上使用射頻濺鍍法沉積類鉆碳薄膜，可實(shí)現(xiàn)大面積化制程，以降低制備時(shí)間與制作成本。于本發(fā)明類鉆碳膜層的制作方法中，本發(fā)明步驟(b)所導(dǎo)入的氣體可選擇性還包括氫氣、惰性氣體、或其組合。其中，本發(fā)明所使用的惰性氣體可為任何濺鍍制程所適用的惰性氣體，較佳可為氬氣、或氮?dú)?，以提供一離子化氣體的反應(yīng)環(huán)境。再者，本發(fā)明制作方法中所導(dǎo)入的含碳?xì)怏w可為任一種含碳的氣體，較佳為碳?xì)錃怏w，其可為甲烷，或乙炔等，以作為形成本發(fā)明類鉆碳膜的碳源。上述本發(fā)明濺鍍制程中可使用的各個(gè)氣體流量無限制，且該氣體導(dǎo)入反應(yīng)室的量與濃度可視制程的需求以及欲生成的類鉆碳膜層結(jié)構(gòu)而調(diào)整。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)果得知，當(dāng)導(dǎo)入的氣體中氫氣濃度越高，所形成的片狀結(jié)構(gòu)越疏，即密度越低；相反，當(dāng)導(dǎo)入的氣體中氫氣濃度越低，則最后所形成的片狀結(jié)構(gòu)就越密，即密度越高。而于本發(fā)明方法中，用以制備出較佳片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層的氣體，較佳為由惰性氣體、含碳?xì)怏w、與氫氣等三種氣體的混合氣體。其比例以惰性氣體:含碳?xì)怏w:氫氣=5-20:l-10:0-10為佳，更佳的比例為惰性氣體:含碳?xì)怏w:氫氣=8-16:4-8:2-8。于本發(fā)明類鉆碳膜層的制作方法中，步驟(d)進(jìn)行濺鍍之前，較佳可將基板先加熱至350。C至60(rC的溫度，以于基板表面沉積一類鉆碳膜層。當(dāng)然，本發(fā)明基板加熱的溫度無限制，較佳可為35(rC至60(TC，更佳可為40(TC至55(TC。另外，本發(fā)明濺鍍制程中所使用的功率無限制，較佳可低于200瓦以下，更佳可低于150瓦以下。再者，在迸行濺鍍反應(yīng)前且還未導(dǎo)入氣體于反應(yīng)腔體時(shí)，反應(yīng)腔體的真空度系控制于10—5toir以下，較佳可控制于10、orr以下；更佳者，反應(yīng)室的壓力介于lxl(^至20xl0-、orr之間。于本發(fā)明制作方法中，可由低功率且低溫度的濺鍍制程，于基板表面直接生成一具有片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層，且該片狀結(jié)構(gòu)可于基板表面排列出一花瓣圖案并具有高的高寬比結(jié)構(gòu)特征。而本發(fā)明濺鍍反應(yīng)的制程參數(shù)，例如溫度、濺鍍反應(yīng)環(huán)境的真空度、實(shí)施功率等，可依據(jù)制程需求而調(diào)整。本發(fā)明類鉆碳薄膜的制作方法主要是通入含碳?xì)怏w，并且經(jīng)過電漿解離出碳原子，而于加熱的基板上成長具有片狀結(jié)構(gòu)的類鑽碳膜。本發(fā)明方法所制作的類鑽碳膜的片狀結(jié)構(gòu)無限制，較佳可為長條狀、彎曲片狀。其中，該片狀結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)為具有高的高寬比結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明方法所制作的類鉆碳薄膜可具有很大的場發(fā)射增強(qiáng)因子，使其成為良好的陰極電子發(fā)射源。于本發(fā)明制作方法中，基板使用的材料無限制，較佳可為半導(dǎo)體材料、或玻璃材料。為了增加本發(fā)明制作的類鉆碳膜層的應(yīng)用，本發(fā)明基板表面可選擇性還包含一導(dǎo)電層，并且導(dǎo)電層是介于基板與類鉆碳膜層之間。在此，上述導(dǎo)電層所適用的材料可為任何可導(dǎo)電材料，較佳可為氧化錫、氧化鋅、氧化鋅錫、金屬材料、或合金材料。一較佳具體實(shí)施例中，本發(fā)明方法使用的基板為玻璃材時(shí)，該玻璃基板表面是涂覆有一導(dǎo)電層，以使片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層形成于導(dǎo)電層表面。如此，可由導(dǎo)電層而提供一電壓于片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層，使本發(fā)明制作的類鉆碳膜層可作為電子發(fā)射用。另一較佳具體例中，本發(fā)明方法適用的基板為一半導(dǎo)體材料，由于基板材料具有電導(dǎo)通性，所以片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層是直接形成于基板表面，即成為一電子發(fā)射源。相較于公知納米碳管材料，本發(fā)明所使用的微米級結(jié)構(gòu)的類鉆碳材料的成長制程溫度較低，且可直接生長于基板表面，故有利于制程的應(yīng)用。此外，本發(fā)明類鉆碳的片狀結(jié)構(gòu)具有高的高寬比特征，所以可具有很高的場發(fā)射增強(qiáng)因子，以適用于各種電子發(fā)射的應(yīng)用領(lǐng)域，例如場發(fā)射組件、場發(fā)射顯示器、或平面光源等的冷陰極發(fā)射源。圖l為本發(fā)明一較佳實(shí)施例制作類鉆碳膜層時(shí)使用的濺鍍反應(yīng)室的示意圖。圖2a為本發(fā)明一較佳實(shí)施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板正面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。圖2b為本發(fā)明一較佳實(shí)施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板側(cè)面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。圖2c為本發(fā)明一較佳實(shí)施例制作的類鉆碳膜層，其在刮下置于基板正面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。圖3為實(shí)施例二至實(shí)施例六所制作的類鉆碳膜層的拉曼(Raman)光譜圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例l下述內(nèi)容將說明本發(fā)明一較佳具體實(shí)施例的類鉆碳膜層的制作方法，請一并參照圖l所示。圖l為本實(shí)施例制作類鉆碳膜層所使用的濺鍍反應(yīng)室ioo的示意圖。首先，提供一用以濺鍍的反應(yīng)室ioo，且該反應(yīng)室100包含一用以加熱基板1的加熱器10、一用以承載基板l的承載臺ll、一用以施予靶材12電壓的電源器13、以及復(fù)數(shù)個(gè)用以提供反應(yīng)氣體的氣體提供單元A、B、C。請注意，本發(fā)明制作類鉆碳膜層時(shí)，氣體提供單元可依據(jù)制程需求的氣體條件而增設(shè)或減少，并非限于本實(shí)施例所述的設(shè)備。接著，清潔基板l表面，并且將其置入反應(yīng)室100的承載臺11上，以固定基板l。其中，本實(shí)施例所采用的基板l為一半導(dǎo)體材的硅晶圓片。利用一抽真空裝置14將反應(yīng)室100抽真空至lxl0—5torr以下，并且利用加熱器IO將基板1加熱至40(TC。然后，由氣體提供單元A、B、C提供反應(yīng)所需的氣體，并且利用質(zhì)流控制器(massflowcontroller,圖未示)控制各個(gè)氣體進(jìn)入該反應(yīng)室100的流量。其中，本實(shí)施例氣體提供單元A、B、C分別為一提供氬氣、甲烷、氫氣的氣體供應(yīng)源。并且，本實(shí)施例是由各個(gè)氣體供應(yīng)閥al、bl、cl并且按制程條件以控制三種氣體是否導(dǎo)入反應(yīng)室100。其中，本實(shí)施例導(dǎo)入反應(yīng)室100的氣體包含有氬氣、甲烷、與氫氣，且其氣體比例為2:1:1。于本例中，當(dāng)反應(yīng)氣體導(dǎo)入反應(yīng)室100后，反應(yīng)室內(nèi)的壓力約控制在9xl0、orr。當(dāng)然，本發(fā)明濺鍍反應(yīng)的環(huán)境壓力并非限本實(shí)施例所述的內(nèi)容，可依據(jù)制程需求而調(diào)整。隨即，以200W射頻功率對石墨靶材12進(jìn)行30分鐘的預(yù)濺鍍(pre-sputtered)反應(yīng)后，以除去靶材12表面可能存在的污染物。接著，開啟遮蔽板lll，并且對基板1表面進(jìn)行70分鐘的濺鍍反應(yīng)，以于基板l表面成長一類鉆碳膜層。請參照圖2a、圖2b與圖2c所示，圖2a為本實(shí)施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板正面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖，且圖2b為本實(shí)施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板側(cè)面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。圖2c為本實(shí)施例制作的類鉆碳膜層，刮下置于基板正面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。由圖2a與圖2b所示，本實(shí)施例所制作的類鉆碳膜層為彎曲片狀或長條片狀結(jié)構(gòu)，且該等片狀結(jié)構(gòu)于基板l表面排列出一立體的花瓣圖案。其中，本實(shí)施例的片狀結(jié)構(gòu)的平均高度約為lpm，且每一片狀結(jié)構(gòu)的平均厚度約為10nm至20nm之間，而形成本發(fā)明所主張的高「高寬比」的結(jié)構(gòu)。另，由圖2c所示，將長成的類鉆碳膜層，刮下置于基板后，此時(shí)的類鉆碳膜層平均厚度在10nm至20nm之間，而其寬度則可為13pm之間。因此，本實(shí)施例所制作的類鉆碳膜層具有高的高寬比結(jié)構(gòu)特征，且本實(shí)施例所使用的基板是為一可導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料，所以可直接應(yīng)用于電子發(fā)射源的用途。實(shí)施例2至實(shí)施例6實(shí)施例2至實(shí)施例6相同于實(shí)施例1所述的內(nèi)容制作類鉆碳膜層，除了濺鍍制程中所使用的氣體條件不同，其它制程參數(shù)與制作步驟皆相似于實(shí)施例l所述內(nèi)容。其中，各個(gè)實(shí)施例導(dǎo)入不同比例的氫氣是用以控制類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)的疏密度。表1將詳列實(shí)施例2至實(shí)施例6中不同的氣體比例。表l<table>complextableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖3為實(shí)施例二至實(shí)施例六所制作的類鉆碳膜層的拉曼(Raman)光譜圖。由圖3中可得知，本發(fā)明所制作的類鉆碳膜層系由SPS立體結(jié)構(gòu)與SP2平面結(jié)構(gòu)所組成，因此具有一約為1332cm"的四面體鉆石結(jié)構(gòu)的吸收峰、以及一約為1580cm—'的平面石墨結(jié)構(gòu)的吸收峰。綜上所述，本發(fā)明方法可制作一具有微米級片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳，由于該微米級片狀結(jié)構(gòu)具有高的高寬比的特征，故可成為良好的電子發(fā)射材料，以應(yīng)用于場發(fā)射組件、場發(fā)射顯示器、或平面光源等的冷陰極發(fā)射源。上述實(shí)施例僅為了方便說明而舉例而己，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請專利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。權(quán)利要求1、一種類鉆碳膜層的制作方法，包括以下步驟(a)提供一反應(yīng)室，并且將一基板置入該反應(yīng)室內(nèi)；(b)使該反應(yīng)室的壓力低于10-6torr以下；(c)導(dǎo)入至少一含碳的氣體于該反應(yīng)室內(nèi)；以及(d)使用一石墨鈀材以濺鍍沉積一類鉆碳膜層于該基板表面；其中，該類鉆碳膜層具有片狀結(jié)構(gòu)，該類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)排列于該基板表面，形成一花瓣圖案。2、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中步驟(c)所導(dǎo)入的該氣體還包括惰性氣體、氫氣、或其組合。3、如權(quán)利要求2所述的制作方法，其中該惰性氣體、該含碳的氣體、與該氫氣的導(dǎo)入比例為5-20:1-10:0-10。4、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該含碳的氣體為一碳?xì)錃怏w。5、如權(quán)利要求4所述的制作方法，其中該碳?xì)錃怏w為甲烷或乙炔。6、如權(quán)利要求2所述的制作方法，其中該惰性氣體為氬氣。7、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中于步驟(d)進(jìn)行濺鍍之前，加熱該基板以使該基板具有一介于35(TC至60(TC的溫度。8、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中于步驟(d)進(jìn)行濺鍍之前，加熱該基板以使該基板具有一介于40(TC至55(rC的溫度。9、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該基板為半導(dǎo)體材料、或玻璃材料。10、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度介于0.5(im至5.0(mi之間。11、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度介于0.9,至2.0jiim之間。12、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)的厚度介于0.005,至0.1(im之間。13、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度介于0.005(im至0.05nm之間。14、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該片狀結(jié)構(gòu)為彎曲片狀結(jié)構(gòu)、長條片狀結(jié)構(gòu)、或其組合。15、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該基板表面還包含一導(dǎo)電層，且該導(dǎo)電層介于該基板與該類鉆碳膜層之間。16、如權(quán)利要求15所述的制作方法，其中該導(dǎo)電層為氧化錫、氧化鋅、氧化鋅錫、金屬材料、或合金材料。17、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該步驟(d)進(jìn)行該濺鍍的反應(yīng)功率低于200瓦以下。18、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中該步驟(d)進(jìn)行該濺鍍的反應(yīng)功率低于150瓦以下。19、如權(quán)利要求l所述的制作方法，其中于該步驟(b)中，該反應(yīng)室的壓力介于lxlO—3至20xl(T3torr之間。全文摘要本發(fā)明是有關(guān)于一種類鉆碳膜層的制作方法，主要是利用濺鍍方式于基板表面生長一類鉆碳膜層。本發(fā)明制作方法包括以下步驟(a)提供一反應(yīng)室，并且將一基板置入反應(yīng)室內(nèi)；(b)使反應(yīng)室的壓力低于10^-6torr以下；(c)導(dǎo)入至少一含碳的氣體于反應(yīng)室內(nèi)；以及(d)使用一石墨鈀材以濺鍍沉積一類鉆碳膜層于基板表面。且，本發(fā)明所制作的類鉆碳膜層具有片狀結(jié)構(gòu)特征，并且于基板表面排列成一花瓣圖案。由于本發(fā)明類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)的高度約為微米級，片狀結(jié)構(gòu)的厚度約為納米級，所以本發(fā)明類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)具有高的高寬比，即可具有很良好的場發(fā)射增強(qiáng)因子。文檔編號C23C14/06GK101096752SQ200610086780公開日2008年1月2日申請日期2006年6月26日優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日發(fā)明者羅吉宗,鄭健民申請人:大同股份有限公司