(57)【要約】  コーティング材は、レーザアブレーションにより基板をコーティングするために使用される。コーティング材は、純窒化炭素のコーティングと比較して、生成されるコーティングの特性を変更するために、黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有する。
2014531514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアブレーションにより基板をコーティングするためのコーティング材であって、
前記コーティング材は、純窒化炭素と比較して、生成されるコーティングの特性を変更するために、黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有し、
前記コーティング材の密度は、前記コーティング材の理論密度の少なくとも７０％であり、好ましくは８０％を超え、
前記コーティング材のドーパントの粒径は３０マイクロメートル以下である
ことを特徴とするコーティング材。
【請求項２】
前記ドーパントはナノダイヤモンドを含有することを特徴とする、請求項１に記載のコーティング材。
【請求項３】
前記コーティング材のナノダイヤモンドの重量パーセントは、好ましくは１〜５０％であり、より好ましくは１〜２０％であり、最も好ましいのは１〜１０％であることを特徴とする、請求項２に記載のコーティング材。
【請求項４】
前記ドーパントは、窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素を含有することを特徴とする、請求項１に記載のコーティング材。
【請求項５】
ドーパントとして使用される窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の原子分率はコーティング材の１０〜９０％であり、且つ、窒化炭素の原子分率はコーティング材の１０〜９０％であることを特徴とする、請求項４に記載のコーティング材。
【請求項６】
前記ドーパントはフッ素重合体を含有することを特徴とする、請求項１に記載のコーティング材。
【請求項７】
ドーパントとして使用されるフッ素重合体の原子分率はコーティング材の１〜９９％であり、且つ、窒化炭素の原子分率はコーティング材の１〜９９％であることを特徴とする、請求項６に記載のコーティング材。
【請求項８】
レーザアブレーションによりターゲットから生成される窒化炭素を含有するコーティングであって、
当該コーティングは、純窒化炭素のコーティングと比較して、コーティングの特性を変更するためのドーパントを含有する
ことを特徴とする、コーティング。
【請求項９】
前記ドーパントはナノダイヤモンドを含有することを特徴とする、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１０】
前記コーティングのナノダイヤモンドの重量パーセントは、好ましくは１〜５０％であり、より好ましくは１〜２０％であり、最も好ましいのは１〜１０％であることを特徴とする、請求項９に記載のコーティング。
【請求項１１】
ターゲット材のナノダイヤモンドから生じるｓｐ３型の結晶領域が、コーティング中に、ｓｐ３型の結合が通常の窒化炭素中より多くある窒化炭素部分に取り囲まれた核生成の中心を形成することを特徴とする、請求項９に記載のコーティング。
【請求項１２】
前記ドーパントは、窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素を含有することを特徴とする、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１３】
ドーパントとして使用される窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の原子分率はコーティングの材料の１０〜９０％であり、且つ、窒化炭素の原子分率は前記コーティングの材料の１０〜９０％であることを特徴とする、請求項１２に記載のコーティング。
【請求項１４】
ホウ素、炭素、及び窒素をＢＣ２Ｎ相状で含有することを特徴とする、請求項１２に記載のコーティング。
【請求項１５】
前記ドーパントは水素を含有することを特徴とする、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１６】
前記ドーパントは、黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素か、あるいは黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素とナノダイヤモンドとの混合物を含有することを特徴とする、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１７】
前記ドーパントはフッ素重合体を含有することを特徴とする、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１８】
前記ドーパントは希土類金属、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含有することを特徴とする、請求項８に記載のコーティング。
【請求項１９】
コーティングされた物であって、
前記物のコーティングの材料は、純窒化炭素のコーティングと比較して、コーティングの特性を変更するために黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有することを特徴とする、コーティングされた物。
【請求項２０】
前記ドーパントはナノダイヤモンドを含有することを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２１】
前記ドーパントは、窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素を含有することを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２２】
前記ドーパントは水素を含有することを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２３】
前記ドーパントは、黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素か、あるいは黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素とナノダイヤモンドとの混合物を含有することを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２４】
前記ドーパントはフッ素重合体を含有することを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２５】
前記ドーパントは希土類金属、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含有することを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２６】
前記コーティングされた物は工作機械であることを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２７】
前記工作機械のコーティングは、ホウ素、炭素、及び窒素をＢＣ２Ｎ相状で含有することを特徴とする、請求項２６に記載のコーティングされた物。
【請求項２８】
前記コーティングされた物は光学素子であることを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項２９】
前記コーティングされた物はＬＥＤ部品であることを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項３０】
前記ＬＥＤ部品は白色光を発生させるように設けられることを特徴とする、請求項２９に記載のコーティングされた物。
【請求項３１】
前記コーティングされた物はＬＥＤ部品の蛍光性ケーシングであることを特徴とする、請求項１９に記載のコーティングされた物。
【請求項３２】
ＬＥＤ部品の蛍光性ケーシングは、実質的に白色光の蛍光スペクトルを持つことを特徴とする、請求項３１に記載のコーティングされた物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、物の表面についての所望の特性を実現するためのコーティングとコーティング材に関する。特に、本発明は、ドープされた窒化炭素のコーティング材としての使用、そのような材料で作られているコーティング、及びそのような材料でコーティングされた物に関する。
【背景技術】
【０００２】
物の外観と技術的特性に関して所望の効果を達成するために、コーティングを使用することが知られている。技術的適用において、コーティングに関係する特徴は、厚み、透明性又は透光性、色、蛍光性、硬さ、均質性、表面粗さ、様々な基板材料との適合性、基板への接着、拡散遮断特性、化学及びトライボロジーの特性、生物学的適合性、電気及び熱の伝導率、及び種々のプロセスによるコーティングの生成に関する適合性を含む。典型的なコーティングプロセスは、真空蒸発、陽極酸化処理、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、及びレーザアブレーションを含む。最近、高出力で極めて短いレーザパルスをターゲットに命中させ、そこからコーティングされる基板に命中させるプラズマ状のコーティング材をアブレート（ablating）することにより、所望のコーティングが作り出されている。
【０００３】
既知のコーティング材は、黒鉛質窒化炭素Ｃ３Ｎ４＋ｘＨｙである。黒鉛質窒化炭素Ｃ３Ｎ４＋ｘＨｙは、本明細書の執筆時点で、例えばフィンランドのヘルシンキにあるカルボデオンリミティドオサケユイチア（Carbodeon Ltd Oy）から得られる。カルボデオンリミティドオサケユイチアは、Ｎｉｃａｎｉｔｅ（登録商標）を使用して、黒鉛質窒化炭素Ｃ３Ｎ４＋ｘＨｙを市販している。黒鉛質窒化炭素Ｃ３Ｎ４＋ｘＨｙは、いくつかの有利な特性（例えば、硬さ、トライボロジー用途における優れた耐摩耗性、化学的不活性、高収率、高度な制御が可能なコーティングプロセス、非毒性原材料、及び環境に優しい生産プロセス）を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、黒鉛質窒化炭素は、コーティングの問題すべてを解決するわけではない。例えば、黒鉛質窒化炭素は、それの紫外線で誘発される蛍光性が３９０〜４５０ｎｍの波長（すなわち、より短い波又は青、可視光の端）の範囲内にあるため、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）を使用して白色光を作り出すための蛍光性コーティングとして、使用できない。さらに、窒化炭素が、表面に対する、所望の均一性あるいは他の所望のマイクロ、ナノ、及び／又は結晶の構造を作り出さないコーティング適用がある。光学部品のコーティングにおいて、所望の透明性又は波長選択性は、窒化炭素を使用して容易に達成できない。図１は、可視光の範囲から両方向に数百ナノメートル伸びる波長領域に関して、厚さ８００ｎｍの窒化炭素によるコーティングにおける測定された透過率を示す。
【０００５】
高耐摩耗性及び低摩擦の両方を同時に必要とする広い範囲の適用（applications）がある。さらに、コーティングは、容易にきれいにし又は汚れを寄せ付けなくする（repellent）と見込まれることが多い。ある適用においては、コーティングは十分に透明であるべきである。このような典型的な適用は、エレクトロニクス製品のディスプレイ及びケーシングソルーション（casing solutions）を含む。
【０００６】
典型的な汚れを寄せ付けない低摩擦のコーティングは、様々な工業用処理装置及び家庭用品におけるポリテトラフルオロエチレンベースのコーティングを含む。限られた耐摩耗性に加え、比較的低い耐熱性もまた製品の使用と寿命を制限する。より高い温度（＞２５０℃）にさらされると、ほとんどのポリテトラフルオロエチレン製品は熱分解し、気体状態の危険なフッ素化合物を生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、所望の技術的特性を達成するコーティング材、コーティング、及びコーティングされた物を提供することである。特に、本発明の目的は、可視光範囲で所望の特性（例えば、蛍光性、透明性、反射性、及び／又は波長選択性）を持つコーティング材、コーティング、及びコーティングされた物を提供することである。さらに、本発明の目的は、所望の硬さと所望の親水性又は疎水性を持つコーティング材、コーティング、及びコーティングされた物を提供することである。さらに本発明の目的は、所望の表面の均一性又は他の所望のマイクロ、ナノ、及び／又は結晶の構造を持つコーティング材、コーティング、及びコーティングされた物を提供することである。本発明のさらに他の目的は、コーティングが所望の拡散遮断特性を持つようなコーティング材、コーティング、及びコーティングされた物を提供することである。
【０００８】
本発明の目的は、コーティング材としてドープされた窒化炭素を使用することにより達成される。本発明の目的を達成する観点から、コーティング方法としてレーザアブレーションを使用することにより、及び十分な密度と十分小さい粒径を持つレーザアブレーションターゲットを使用することにより、重要な利点が得られる。
【０００９】
本発明のコーティング材は、コーティング材を対象とする独立請求項の特徴部分に示されているものにより、特徴付けられる。
【００１０】
本発明のコーティングは、コーティングを対象とする独立請求項の特徴部分に示されているものにより、特徴付けられる。
【００１１】
本発明のコーティングされた物は、コーティングされた物を対象とする独立請求項の特徴部分に示されているものにより、特徴付けられる。
【００１２】
Ｎｉｃａｎｉｔｅ（登録商標）のような黒鉛質窒化炭素は、その名前が示唆しているように、黒鉛質の性質を持つ。すなわち、その結晶構造は、平面の２次元構造を形成する炭素原子及び窒素原子を生じさせるｓｐ２型の結合により特徴付けられる。ナノダイヤモンド、ホウ素化合物、水素、フッ素重合体、及び／又は１以上の希土類金属（又はアルカリ金属、又はアルカリ土類金属）などを使用した黒鉛質窒化炭素のドーピングは、非常に驚くべき有効な方法で、その特性を変化させる。
【００１３】
例えば、ナノダイヤモンドでドープされた窒化炭素のコーティングは、非常に硬いことがわかっており、純窒化炭素と比較して、赤への明らかなシフトがその可視光蛍光性において観測されている。ホウ素化合物を使用したドーピングは、非常に硬い及び／又は可視光の範囲においてほぼ完全に透明なコーティングを作り出すことができる。水素を使用したドーピングは炭素原子と窒素原子の間の二重結合を緩和し、２次元結晶構造をそれ以上の３次元構造に変更すると共に、コーティングの均一性と表面品質を改善する。希土類金属、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属を使用したドーピングにより、コーティングにおける波長選択性及び／又は所望の蛍光性を作り出すことができる。
【００１４】
ドーピングは、所望のドーパントを含有するレーザアブレーションターゲットを使用して行うことが可能である。他の代替方法では、ガス又は粒子状のドーパントがレーザアブレーションチャンバに投入される。３つめの代替方法では、２以上のレーザアブレーションターゲットを使用して、窒化炭素とドーパントが同時に又は順番にアブレートされる。これらの方法は相互排他的でなく、ドープされる前（pre-doped）のターゲットとガス状のドーパント又は２つのターゲット（これらのうちの１つはドープされた窒化炭素と何か他の物又は何か他の方法でドープされた窒化炭素である）を同時に使用することができる。
【００１５】
コーティングされた物は、例えば、工作機械（machine tool）、光学部品、ＬＥＤ部品、又はＬＥＤ部品の蛍光性ケーシングである。工作機械の場合、コーティングの硬さ、耐久性、及びトライボロジー特性が、通常、一番重要である。しかし、例えば、蛍光特性が、工作機械の摩耗に関して、予測し得ない利点を持つかもしれない。光学部品の場合、コーティングの光学特性が重要である。しかし、例えば、硬さが、光学部品の耐擦傷性（scratch resistance）を改善可能な場合、重要な利点となる。同様に、ＬＥＤ部品及びそれらのケーシングの場合、蛍光性が疑いなくコーティング特性間で一番重要である。しかし、例えば、ＬＥＤ部品が厳しい状況下で使用される場合は、硬さと化学安定性が非常に有利になる。
【００１６】
本発明は、例として提示される好ましい実施形態と添付の図面に関して、より詳細に以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】既知の窒化炭素のコーティングの透過率を示す。
【図２】基本的なレーザアブレーションの状況を示す。
【図３】他の基本的なレーザアブレーションの状況を示す。
【図４】従来技術から知られているコーティングの透過率を示す。
【図５】ホウ素化合物がドープされた窒化炭素のコーティングの透過率を示す。
【図６】第２のホウ素化合物がドープされた窒化炭素のコーティングの透過率を示す。
【図７】第３のホウ素化合物がドープされた窒化炭素のコーティングの透過率を示す。
【図８】窒化炭素ベースのコーティングのＦＩＢ−ＳＥＭ画像を示す。
【図９】いくつかの材料のうち、炭素、窒素、及びホウ素の割合を示す。
【図１０】本発明の実施形態におけるコーティングの反射係数を示す。
【図１１】ＬＥＤ部品を示す。
【図１２】第２のＬＥＤ部品とＬＥＤ部品ケーシングを示す。
【図１３】光学素子を示す。
【図１４】工作機械を示す。
【図１５】粉末状の窒化炭素のフォトルミネッセンスを示す。
【図１６】様々なナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素のコーティングのフォトルミネッセンスを示す。
【図１７】様々な窒化ホウ素がドープされた窒化炭素のコーティングのフォトルミネッセンスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面において、同等の要素は、同等の参照指示子により示される。
【００１９】
本明細書において、下記の用語及び表現が使用される。
Ｎｉｃａｎｉｔｅ（登録商標）：カルボデオンリミティドオサケユイチア（Carbodeon Ltd Oy）により製造される黒鉛質窒化炭素Ｃ３Ｎ４＋ｘＨｙ。
ナノダイヤモンド：直径数ナノメートルの単結晶ダイヤモンド。
フッ素重合体： １以上のモノマーのフッ素原子からなるポリマー。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）。
ＬＥＤ部品：可視光又は可視の近くの光を発し、ｐ−ｎ接合を含む、電子部品であって、電子部品に流れるある種の電流に応じて放射物を放出するもの。
ＬＥＤ部品ケーシング：通常、プラスチック、ゴム、又はガラスで作られているカバー部分。その目的は、ＬＥＤ部品又はそのｐ−ｎ接合の少なくとも一部を覆い、及び／又は波長及び／又はＬＥＤ部品により放出される放射物の空間分布を変更することである。
光学部品：主要機能が、可視光又は可視の近くの光の浸透、反射、屈折、又は透過に関する、デバイス又はその一部（通常、１つの単体からなる）。例えば、レンズ、ミラー、プリズム、表示装置の表面、又は類似のもの。
工作機械（machine tool）：物又は材料を機械加工する手段。その刃の先端は、機械加工された物質に侵入し、そこから一部を取り除くように作られている。本明細書において、ナイフ及び同様の切断刃物が工作機械と見なされる。
【００２０】
＜コーティング材の特性＞
本発明の有利な実施形態によれば、レーザアブレーションにより基板をコーティングするために使用されるコーティング材は、純窒化炭素と比較して、生成されるコーティングの特性を変更するために、黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有する。レーザアブレーションターゲットのコーティング材の密度は、コーティング材の理論密度の少なくとも７０％であり（好ましくは、８０％を超える）、コーティング材のドーパントの粒径は３０マイクロメートル以下である。
【００２１】
コーティング材の理論密度ｐｔｈｅｏｒｙは一般に以下のように定義される。
ｐｔｈｅｏｒｙ＝ＮＯＡ／ＶＯＮＡ
ここで、ＮＯは単位格子（unit cell）の原子の数、Ａは原子量、ＶＯは単位格子の体積、ＮＡはアボガドロ数である。レーザアブレーション中にターゲットが分解しないように、ターゲット材の密度は十分高くなければならない。十分な密度のターゲットを作る有利な方法は、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）と呼ばれ、フィールドアシスト焼結技術（ＦＡＳＴ）としても知られている。ターゲットは、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）技術又はいくつかの他の圧縮方法を使用して作ることも可能である。
【００２２】
ドーパントの最大粒径が必要な理由は、均一な品質のプラズマ（及び特に反応性プラズマ）を作り出そうとするときに、ターゲットに命中するレーザパルスが常に窒化炭素とドーパントの両方をアブレートするような方法で、コーティング材の構成要素がターゲット内で混ざらなければならないことにある。本発明につながる研究において、レーザパルスのスポットサイズ（レーザパルスがターゲットに命中する領域の最小の直径）は通常３０マイクロメートル以上であるべきであることがわかっている。スポットサイズの下限がコーティング材のドーパントの粒径の上限と等しい場合、ターゲットからドーパントのみをアブレートするレーザパルスがないことは確かである。
【００２３】
＜ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素＞
図２は、窒化炭素ターゲット２０１を含む、レーザアブレーションによるコーティングの生成を概略的に示している。窒化炭素ターゲット２０１は、重量数パーセントであるナノダイヤモンド２０２を含有する。このようなターゲットは、例えば、粉状の黒鉛質窒化炭素とナノダイヤモンドの混合物を圧縮する（compact）ことにより、製造可能である。本明細書の執筆時点で、粉状の黒鉛質窒化炭素とナノダイヤモンドは、例えば、フィンランドのヴァンターにあるカルボデオンリミティドオサケユイチア（Carbodeon Ltd Oy）から商業的に得られる。パルス状のレーザビーム２０３がターゲット２０１の表面に向けられることにより、ターゲット材が剥がれ、いわゆるプラズマプルーム２０４を生成する。剥がれたターゲット材のいくつかが近くの基板２０５に命中して、そこにコーティング２０６を形成する。十分なサイズの基板部分をコーティングするために、レーザビーム２０３は、ターゲット２０１の表面に沿ってスキャンされる。より大きい基板の領域をコーティングするために、コーティングプロセス中にターゲット及び／又は基板を動かすことも可能である。
【００２４】
ターゲットのナノダイヤモンド含有量の重量パーセントは、好ましくは１〜５０％であり、より好ましくは１〜２０％であり、最も好ましいのは１〜１０％である。それは、例えば、２％又は５％であってもいい。しかし、コーティングは、ナノダイヤモンドとナノグラファイト（nanographite）（ナノサイズの黒鉛粒子）の混合物を含有する窒化炭素ターゲットを使用して作られうる。図２が概略的に示しているように、アブレートするレーザビームのスポット、すなわち、アブレートするレーザビームが向けられるターゲットの表面上の領域は、単一ナノダイヤモンドの直径よりも非常に大きな直径を持つ。単一ナノダイヤモンドの直径は数ナノメートルしかないが、スポットの直径は数十マイクロメートルであっても良い。ターゲットの製造中に窒化炭素とナノダイヤモンドが均一に混ぜ合わされた場合、ターゲットはレーザアブレーションのための均一な品質を持つと考えられ得る。アブレートされる材料の合成に関し、アブレートするレーザパルスが各所定の瞬間にターゲットの表面のどこに向けられるかは、正確には無関係である。
【００２５】
既知のタイプのレーザアブレーションとして、コールドアブレーション（cold ablation）がある。これは、単一のレーザパルスの持続時間が、ターゲット材の熱エネルギーの移動を示す時定数よりも短いことを特徴とする。言い換えると、スポット領域内のレーザパルスは、供給されるエネルギーが熱相互作用によりターゲット材により深く進行する時間がないぐらい短い時間、ターゲット材にエネルギーを供給する。実際、スポットの表面からいわゆるアブレーション深さまでのスポット領域の全てのターゲット材はプラズマとして剥がれ、クレーターを残す。クレーターは、スポットと同じサイズであり、その深さはアブレーション深さと等しく、且つ非常に均一なベースを持つ。コールドアブレーションにおいて、レーザパルスの長さは、ピコ秒、フェムト秒、又はアト秒で測定される。ナノ秒で測定されるパルス長は、パルスのエネルギーの大部分が熱エネルギーとしてターゲット材に吸収されるような大きさであるため、ナノ秒レーザはコールドアブレーションに利用できない。
【００２６】
プラズマの品質が小滴及び粒子の不足で測定される場合に、コールドアブレーションは高品質のプラズマを生成するのに使用可能であることが知られている。レーザパルスエネルギーからアブレートされるターゲット材のエネルギーへのエネルギー移動は、アブレートされた材料を原子プラズマに分解する（break down）ぐらいに突然で且つ少量のターゲット材に制限される。それ故、プロセスパラメータ（特に、ターゲットの表面に向けられるレーザビームの出力密度）の範囲があることは意外であると考えられ得る。その範囲において、窒化炭素のドーパントとして使用されるナノダイヤモンドが、コールドアブレーション中に、少なくとも完全ではないが分解せず、生成されるコーティング内で見つけられる。これは、光学測定により証明されていることである。
【００２７】
ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素ターゲットを生成するとき、ターゲットの均一な品質の意図的な変化を作り出すことも可能である。例えば、窒化炭素のナノダイヤモンドの配分を、深さに依存して作ることが可能である。すなわち、ターゲット内のナノダイヤモンドの含有量はターゲットの表面からのそれぞれの深さで異なっても良い。レーザアブレーションにおいて化学量論がコーティング材において十分に順守されることが知られている。すなわち、コーティングの異なる構成要素の相対部分は、ターゲットの相対部分と非常に似ている。そのため、ターゲットが一度にアブレートされた１つの層であって且つドーパント（ここではナノダイヤモンド）の相対量が層間で変化する場合、ナノダイヤモンド含有量の対応する相対変化はコーティング内で同様に作り出される。
【００２８】
純窒化炭素と比較して、ナノダイヤモンドでドープされた窒化炭素は、低いアブレーションの閾値を持つ。言い換えると、剥がれるターゲット材のスポット領域に必要なレーザパルスのエネルギー密度は低い。ある実験において、９．８ワットのレーザ出力が純窒化炭素のターゲットのアブレーションに使用された。他のプロセスパラメータは変更せず、ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素ターゲットについては０．８ワットのレーザ出力で、ナノダイヤモンドとナノグラファイトがドープされた窒化炭素ターゲットについては０．３５ワットのレーザ出力で、同一のアブレーションが実現された。
【００２９】
コーティングの生成において、ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素の低いアブレーション閾値に起因する１つの有利な特性は、高収率なことである。比較的低いレーザ出力で、短い時間で有意量のコーティングを作り出すことができる。低いアブレーション閾値により恩恵を受ける１つの方法は、レーザスポットのサイズを大きくすることである。なぜなら、スポットが大きかったとしても、ターゲットに命中するレーザ出力は、スポットの全領域の均一なアブレーションにとって十分であるからである。スポットサイズをより大きくすることにより、さらに短い時間でより多くのコーティングを作り出すことが当然可能になる。低いアブレーション閾値のおかげで、良品質のコーティング（均一、穴がない、粒子がない）を作り出すこともより容易になる。なぜなら、必要なレーザ出力が低いと、レーザ調整又はスキャンにおける小さい誤差が、例えば、均一品質により大きな収差（aberrations）を非常に簡単にはもたらさないからである。
【００３０】
ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素から作り出される本発明のコーティングは非常に硬い。１０Ｈを超える硬さが、鉛筆硬度試験で測定された。図２に示される部分的な拡大図は、これについて１つの説明を提供する。最終的にコーティング２０６になるナノダイヤモンドは参照符号２０７で示され、ターゲット材のナノダイヤモンド２０２と区別される。炭素原子間のｓｐ３型の結合はナノダイヤモンド２０７の結晶構造に特有である。レーザビームによりターゲットからはぎ取られたプラズマは冷たくなり始め、ナノダイヤモンド（又はターゲット材のナノダイヤモンドから生じるプラズマのｓｐ３結晶領域。ターゲット材からのナノダイヤモンドはオリジナルの無傷の形状で必ずしもプラズマに現れない。）は、核生成中心として機能する。コーティング２０６において、窒化炭素の範囲は、ｓｐ３型の結合が一般に窒化炭素よりも多く見られるこれらの周辺に形成される。図２の部分拡大図において、この範囲は２０８として示されている。
【００３１】
図３は、窒化炭素ターゲット２０１をレーザアブレートする、別のコーティングの生成を概略的に示している。この場合も、ナノダイヤモンド２０２をドーパントとして含有するように、示されている。さらに一般的に、少なくとも窒化炭素を含有し且つ１又は複数のドーパントを含有可能なターゲット２０１が使用される。この場合、コールドアブレーションレーザ３０３の出力密度は非常に高いため、プルームの大部分が実際によく反応する。言い換えると、プラズマの構成要素の有意量が非常に多くのエネルギーを持つため、ポテンシャルエネルギーに関して、最も有利な状態（及び最も安定した状態）を求めることができる。
【００３２】
厳密に言えば、図３の配置において、基板２０５上に形成されるコーティング３０６は、必ずしもターゲット２０１と同じ材料により構成されないけれども、反応性プラズマにおいて発生する現象は、まだ完全には知られていないような分子構造を作り出すかもしれない。これは、ホウ素化合物がドープされる窒化炭素ターゲットにより作り出されるコーティング（詳細は後述する）を使用して実現される可視光へのほぼ完全な浸透により、示唆されるように見える。
【００３３】
図３に示される実施形態において、コールドアブレーションの有利な特性（例えば、スポット領域内でターゲットの表面からアブレーション深さまで、全てのターゲット材が剥がれてプラズマに変換されること）を持つことにより、特徴付けられる。気体媒質がアブレーションチャンバに追加されて、反応性プラズマにおいて生じる現象に加わらなければ、コーティング３０６の種々の要素の質量分率はターゲット２０１と同一であると安全に想定できる。しかし、コーティング３０６の構造を原子レベルまで調査し且つそれらの結合を調査するのは比較的難しい。そのため、この方法によって作り出されるコーティングは、大抵、使用される技術（いわゆるプロダクト・バイ・プロセス）によって定義される。
【００３４】
全般的に、ドーパントとして使用されるナノダイヤモンドは、核生成中心だけでなく、コーティングの原子状炭素も作り出すことができるといえる。それ故、構造は、Ｃ３Ｎ４構造と比較して、いくらかの余剰の炭素を持つ。化学プロセスは、例えば、Ｃ３Ｎ３環状構造のいくつかがＣ４Ｎ２又はＣ５Ｎ構造になるプラズマで起こる。さらに、環状構造を結びつける窒素架橋（nitrogen bridges）のいくつかは炭素と取り換えられても良い。
【００３５】
３６６ナノメートルの波長の紫外線照射は、純ｓｐ２構造の窒化炭素コーティング（例えば、Ｊｉａｎｊｕｎ  Ｗａｎｇ，  Ｄａｌｅ  Ｒ．  Ｍｉｌｌｅｒ，  Ｅｄｗａｒｄ  Ｇ．  Ｇｉｌｌａｎ「窒化炭素粉末の蒸気輸送によって増えるフォトルミネッセンスの窒化炭素膜（Photoluminescent carbon nitride films grown by vapor transport of cabon nitride powders*）」ＣＨＥＭ．ＣＯＭＭＵＮ．，２００２，２２５８−２２５９）から３９０〜４５０ナノメートルの範囲のフォトルミネッセンスの放射を生じさせる。しかし、ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素ターゲットのコールドアブレーションによりスチール表面に作られるコーティングは、フォトルミネッセンスが白と見なせるように、より真っ赤な成分（component）を持つフォトルミネッセンスの放射を発生させる。赤の成分により、ナノダイヤモンドがコーティング内で保たれる結果をもたらし、及び／又はプラズマのエネルギー本質が赤の蛍光性の光を生み出す新規の結合構造を生じさせるという事実をもたらす。
【００３６】
フォトルミネッセンスのより赤い成分の存在は、少なくとも窒化炭素のドーパントとしてデトネーションのナノダイヤモンドを使用するときに見られる。デトネーションは、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミン（ＲＤＸ）の混合物で満たされたチャンバ内で起こる。窒素を含有する爆発物として、ナノダイヤモンドはそれも含有し、窒化炭素におけるドーパントとしてのそれらの使用が、総窒素含有量に加えられる。ドープされた窒化炭素のコーティングにおける比較的高い窒素含有量は、コーティングの透明性（すなわち、可視光波長でのコーティングの透過率）を増加させる、
【００３７】
ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素コーティングのフォトルミネッセンスの特に有利な特性は、安定性が良好なことである。窒化炭素で作られたコーティングのフォトルミネッセンスは少なくとも数年同じ状態のままであり、ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素のコーティングのフォトルミネッセンスが不安定であることを示すものはないことは、分かっている。
【００３８】
＜ホウ素化合物がドープされた窒化炭素＞
純窒化炭素によりコールドアブレートされたコーティングの透過率は、一般的に、可視光の波長で９０〜９２％である。コーティングは透明か又はかすかに黄色がかっている。しかし、驚くことに、窒化ホウ素が例えば白で全ての段階の可視光を通さなかったとしても、窒化ホウ素又は炭化ホウ素の窒化炭素ターゲットへの付加が、可視波長で１マイクロメートルのコーティング厚さまで非常に透明なコーティングを作り出すことができることが、分かっている。透過率の増加は、完全に新しい型の、窒素が多いＣＢＮ合成材料がプラズマの分子再構築により生成されることを示唆する。
【００３９】
驚くことに、硬くて耐摩耗性でそれと同時に弾力性もあるようなＣＢＮ合成膜を作ることが可能である。
【００４０】
ホウ素化合物がドープされた窒化炭素コーティングもまたそれらの拡散遮断特性により、有益である。一般的に、拡散障壁として機能するコーティングは、非常に高密度の構造を持つため、気体と液体の両方の通り道を遮断し、これらが保護される物体と接触することを防ぐ。実際には、これは、コーティングが任意のピンホール又は結晶構造の界面（interfaces）を含んではいけないことを意味する。それ故、最適な拡散障壁は非晶質構造を持つべきである。さらに、電子工学に関連する工業用拡散障壁についての典型的な要件は、例えば、高透明度、調整可能な屈折率、誘電性、化学的不活性、及び優れた耐熱性を含む。さらに、このようなコーティングがポリマー基板に適用される場合、コーティングは、外圧によって剥がれないように、弾力性がなければならない。
【００４１】
窒素が多い、炭素−ホウ素−窒素の材料（又は窒素が多いＣＢＮ材料）のコーティングへの適用は従来から知られていない。一般的に、化学量論的製造方法の欠如は、窒素が多い形態の材料からコーティングが生成されることを防ぐ。図４は、従来技術の例を示しており、材料ＢＣ０．２４Ｎ０．２４（Ｄｏｕｇｌａｓ  Ｂ  Ｃｈｒｉｓｅｙ，  Ｒｕｑｉａｎｇ  Ｂａｏ，  Ｚｉｊｉｅ  Ｙａｎ“炭化ホウ素からＢＣＮ薄膜への遷移（Transitions of Boron Carbide to B-C-N Thin Film）”，Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ１２０４，２０１０）について示される透過率の結果を示す。曲線４０１は、上述のＢ−Ｃ−Ｎ材料で作られた厚さ３９０ナノメートルのコーティングの透過率を示す。曲線４０２は、厚さ２９３ナノメートルの炭化ホウ素膜の透過率を示す。
【００４２】
他の従来技術の出版物に、Ｑ．Ｙａｎｇ，Ｃ．Ｂ．Ｗａｎｇ，Ｓ．Ｚｈａｎｇ，Ｄ．Ｍ．Ｚｈａｎｇ，Ｑ．Ｓｈｅｎ，Ｌ．Ｍ．Ｚｈａｎｇの“構造上の窒素圧の効力とパルスレーザ堆積ＢＣＮ薄膜の光学的特性（Effect of nitrogen pressure on structure and optical properties of pulsed laser deposited BCN thin films）”、Ｓｕｒｆａｃｅ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２０４（２０１０）１８６３−１８６７がある。これは、アブレーションによるホウ素ベースのコーティングの生成におけるナノ秒レーザの使用について記載している。この出版物によれば、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）技術を用いて達成可能な最大窒素含有量が２６％に制限され、コーティングの透過率は可視光範囲の約８０％で生成される。さらに、その出版物は、窒素大気がＰＬＤで使用される場合、ターゲットのホウ素部分は、生成されるコーティングにならないことを教示している。言い換えると、方法は出版物によれば化学量論ではない。図５、図６、及び図７は、本発明の実施形態の種々のコーティングの３つの事例による、窒化ホウ素がドープされた窒化炭素コーティングの透過率の測定値を示している。コーティングはホウケイ酸ガラス上に生成された。後者（latter）の透過率の効果が、図５、図６、及び図７に示される測定結果から取り除かれている。コーティングの特性は以下のテーブルに示される。
【００４３】
2014531514.tif 000003
【００４４】
テーブルの２列目は波長６３２．８ｎｍのコーティングの屈折率を示している。３列目はコーティングの厚さを示している。４列目はコーティングの硬さを鉛筆硬度尺度（pencil hardness scale）で示している。５列目はターゲットの表面上のレーザビームスポットのスキャン速度を示している。６列目は、コーティングが作られたチャンバ内の圧力を示している。ターゲットにおいて、窒化炭素と窒化ホウ素の比率は、原子分率で９：１であった。ターゲットはアブレーション中、部屋の温度に保たれていた（すなわち、アブレーション中、特別なターゲットの加熱は使用されなかった）。それぞれの事例において、アブレーションは１５分間続いた。コーティングの厚さの違いは、スキャン速度と圧力の差異に起因する。
【００４５】
図８は、厚さ６３５〜６４０ナノメートルのコーティング８０２でコーティングされたシリコン基板８０１の断面のＦＩＢ−ＳＥＭ（集束イオンビーム−走査型電子顕微鏡）画像を示している。コーティングは、コールドアブレーションにより、大部分が窒化炭素からなるターゲットから生成される。コーティング８０２上の暗い帯は、画像化方法を使用するのに必要となる銀メッキに起因する。図は、非晶質のコーティング８０２が全体にわたって見られる、すなわち粒子境界が全く見られないことを示している。さらに、コーティング８０２は非常に均一であり、数マイクロメートル幅の図８に示される領域の外側ですら、ピンホールは全く検出されなかった。
【００４６】
このような方法で生成されたＣＢＮ合成コーティングは、良好な機械的特性（耐摩耗性、硬さ）と低誘電率を備えた透明な光学コーティングとして使用可能である。それらはまた、気体と液体の両方を遮断する拡散障壁として機能する。それらは、例えば、工業用又は家庭用を対象とした電子製品を保護するために使用可能である。ＣＢＮコーティングの拡散遮断力が有効となる、いくつかの特別な有利な使用は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）、薄膜ベースの太陽電池ソリューション（solutions）、テレビとコンピュータと携帯電話のための工業用及び家庭用ディスプレイソリューション、及び計測器を含む。それらは、ハードディスクの保護コーティングとしても使用可能である。生成されるＣＢＮコーティングはさらに弾力性もあるため、それらはポリマーベースの製品のための機能的なコーティングとしても有利に使用されうる。
【００４７】
ナノダイヤモンドのドーピングと同様に、窒化ホウ素のドーピングもまた窒化炭素のアブレーション閾値を低くする。純窒化ホウ素のアブレーション閾値は純窒化炭素のアブレーション閾値よりも高いため、これは非常に驚くべき事である。実験では、２５〜３０ワットのレーザ出力で且つスキャン速度１００ｍｍ／ｓで、コールドアブレーションにより、コーティングが純窒化炭素から生成されたときに、窒化ホウ素のドーピングが以下のように増加することにより、プラズマの生成に必要な対応するレーザ出力を低減することが可能であるという結果が出ている。
−２重量％の窒化ホウ素：レーザ出力３２Ｗ
−５重量％の窒化ホウ素：レーザ出力＜１０Ｗ
−１０重量％の窒化ホウ素：レーザ出力６Ｗ
−２５重量％の窒化ホウ素：レーザ出力６．５Ｗ
【００４８】
窒化ホウ素は、その名称が示唆しているように、ホウ素と窒素を含有する。図９は、いくつかの材料における炭素、窒素、及びホウ素の原子分率を示す三角図を示している。白の四角形は、窒化ホウ素ＢＮ、炭化ホウ素Ｂ４Ｃ、超硬物質として知られているＢＣ２Ｎ（又はＢＣＣＮ）、及び純窒化炭素Ｃ３Ｎ４を示す。白の円形は、上述したＹａｎｇなどによる科学出版物“構造上の窒素圧の効力とパルスレーザ堆積ＢＣＮ薄膜の光学的特性（Effect of nitrogen pressure on structure and optical properties of pulsed laser deposited BCN thin films）”に記載されている材料を示す。クロスハッチングされた四角形は、窒化炭素と窒化ホウ素の比率が９：１の混合物を示す。楕円９０１は、関心のあるコーティング材であって、窒化炭素と窒化ホウ素の異なる混合物であるコーティング材が見られうる三角図内の範囲を示す。
【００４９】
窒化ホウ素がドープされた窒化炭素コーティングの測定硬度８Ｈは、すでにそれ自体が非常に高く、この種のコーティングは、引っかかれることなく、乱暴な取り扱いに耐えなければならない光学部品に特に有利である。このような光学部品のある例は、携帯用の通信機器、ゲーム機器、又はコンピュータのディスプレイの透明な窓又はレンズである。ホウ素化合物に加え、他のドーパント（金属、アルカリ金属、希土類金属、及び／又はアルカリ土類金属など）がターゲットの窒化炭素材に付加される場合は、波長選択性が、ターゲットから生成されるコーティングの透過率スペクトルにおいて、引き起こされる。
【００５０】
さらに硬いコーティングがプロセスパラメータを変更することにより生成可能である。本発明の実施形態における厚さ３０〜１２００ナノメートルのＣＢＮコーティングの硬さが測定され、それは鉛筆硬度尺度で９Ｈを超えた。他のテストバッチ（test batch）において、厚さ１００〜５００ナノメートルのＣＢＮコーティングはシリコンのガラス及びＡＩＳＩ４２０スチール上で生成された。それらの耐摩耗性は、いわゆるピンオンディスク（ＰＯＤ）試験を使用して検査された。酸化アルミニウムの試験ヘッド（head）が使用された。その試験は１００万サイクルからなる。試験によれば、本発明の実施形態におけるＣＢＮコーティングは、サンプルによれば、コーティングされていないシリコン基板の３０分の１から５０分の１しか摩耗しなかった。
【００５１】
典型的なＣＢＮコーティングの摩擦係数は、酸化アルミニウムに対して測定された。大気の相対湿度は測定時の３０％であった。測定された摩擦係数は０．２であった。
【００５２】
基板の加熱は、可視光波長の透過率、又は基板上に生成され且つホウ素化合物がドープされた窒化炭素コーティングの透明性を低減する傾向にあるけれども、ホウ素化合物がドープされた窒化炭素コーティングは室温よりも明らかに高い温度に加熱された基板上に生成されると、このように生成されたコーティングは非常に硬くなる。
【００５３】
本発明の窒化ホウ素がドープされた窒化炭素コーティングの有利な特性は、光屈折率が比較的に高いことである。図１０は、測定された屈折率のグラフを示している。この場合、２５重量％の窒化ホウ素と７５重量％の窒化炭素を含有するターゲットを使用して、コールドアブレーションにより、コーティングがシリコン基板上に生成された。図は、可視光波長範囲において、屈折率が２を超えることを示している。波長６３２．８ナノメートル（参照としてしばしば使用される）では、屈折率は２．０７０２と測定された。コーティングの光学特性が重要となる多くの適用（applications）において、構造の様々な部分における屈折率の違いができるだけ小さくなるように、又は正しい順序（より高い及びより低い屈折率が連続した正しい順序）になるように、屈折率は可視光波長において少なくとも１．７であると予想される。本発明の窒化ホウ素がドープされた窒化炭素コーティングの屈折率は、窒化ホウ素ドーピング及び／又はプロセスパラメータの比率を変更することにより、調整可能である。
【００５４】
窒化炭素のドーパントとして使用可能な別のホウ素化合物は、炭化ホウ素である。それは、多数のｓｐ３型の結合を特徴的に含有する炭素質化合物であり、ＵＶによって引き起こされる赤側の端の類似の蛍光性をナノダイヤモンドドーピングとして生成するのに使用可能である。窒化ホウ素とは違って、炭化ホウ素は窒素を含有しないため、炭化ホウ素をそのようなものとして使用して、ドープされたコーティングの窒素の存在に起因する有利な特性を実現することは難しいかもしれない。しかし、例えば、ターゲットが窒化炭素と炭化ホウ素を含有し、コーティングプロセス中に、空気がなく空の状態であるコーティングチャンバ内に気体窒素が投入されるというような方法により、窒素を多く含む炭化ホウ素のドーピングを実現することができる。
【００５５】
例示的なコーティングは、パルスレーザ堆積を使用して、炭化ホウ素がドープされた窒化炭素を含有するターゲットから作り出された。堆積したコーティングの厚みは、１５０〜１６４２ｎｍの間で変化し、それらの全ては値１０を超える鉛筆硬度を示した。コーティングの屈折率は１．５８〜１．８６の間で変化した。これらの例示的な全てのコーティングは黒ずんだ色であった。
【００５６】
本発明の実施形態のＣＢＮ合成物コーティングは、非晶質コーティングのｓｐ２／ｓｐ３比率に応じた種々のフォトルミネッセンスの放射を作りだす。生成される光の強度は、非常に驚くべき方法において、コーティングの表面粗さに強く依存する。コーティングの構造が粗いほど、生成される光の強度は高くなる。
【００５７】
ターゲット材の窒化炭素とホウ素化合物の重量比率は、例えば、それぞれ、９８％と２％、９５％と５％、８０％と２０％、５０％と５０％、又は２５％と７５％であっても良い。一般的に、ドーパントは、原子分率がコーティング材の１０〜９０％である窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素であるといわれており、それにより窒化炭素の原子分率はコーティング材の１０〜９０％となる。
【００５８】
本発明の有利な実施形態において、ターゲット内のドーパントとして１又は複数のホウ素化合物を使用して、コールドアブレーションにより、コーティングを生成すると、このように生成されたコーティングは、いわゆるＢＣ２Ｎ相状の、ホウ素、炭素、及び窒素を含有することになる。それらは、非晶質、微結晶（他の非晶質相の結晶性ナノ粒子及び／又はマイクロ粒子）、又は結晶の状態で現れる可能性がある。ＢＣ２Ｎ相の用語は、特別相（superphase）のために使用される。特別相の存在は、計算により予測されていた（例えば、Ｃｈｕｎｑｉａｎｇ Ｚｈｕａｎｇ，Ｊｉｊｕｎ Ｚｈａｏ，Ｘｉｎ Ｊｉａｎｇ：ポスター発表、第一原理計算によるＢ−ＣＮ系の超硬質立方相の検査（Searching superhard cubic phases in B-CN system by first-principle calculations）、材料工学学会、サーフェス及びマテリアルテクノロジーの議長、ジーゲン大学、http://www.mb.uni-siegen.de/e/lot/、２０１１年９月に、ガルミッシュパルテンキルヘン４−８でのダイヤモンド２０１１会議で発表、を参照）。
【００５９】
ホウ素化合物がドープされた炭化窒素ターゲットは、ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素ターゲットと同じ方法で製造可能である。すなわち、例えば、適当な割合で十分に混合された粉状の窒化炭素と粉状のホウ素化合物を含有する混合物を圧縮する（compact）ことにより、製造可能である。窒化炭素ターゲットが異なる量の窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素がドープ可能であるように、本発明は、全く新しい且つこれまで知られていなかったＣＢＮ合成と、種々の適用におけるそれらの有利な使用を可能にする。
【００６０】
＜水素がドープされた窒化炭素＞
化学蒸着（ＣＶＤ）方法が、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）コーティングを生成するのに使用可能である。コーティングの原料として（黒鉛質）炭素のみを使用する場合、コーティングは硬くなるが、その摩擦特性は一般的に少なく、表面はあまり均一にならない。ＣＶＤにより、８〜１２重量％の水素をＤＬＣコーティングに付加することが可能である。それにより、表面はより均一になり、摩擦特性はより良くなる。
【００６１】
炭素原子は窒素原子と一定数の二重結合を形成するため、黒鉛質窒化炭素は平面の結晶構造を持ち、その構造がｓｐ２型になり且つ平面外側に対して自由な原子間結合方向がほとんどないようにする。水素を黒鉛質窒化炭素に付加すると、炭素原子のいくつかが１つの水素原子に結合するため、二重結合のいくつかが単結合に緩まる結果となる。二重結合のいくつかは飽和状態になるため、構造はさらに統合されて小型化（compact）する。単結合は二重結合と同じ方法で結合方向を限定しないため、さらなる平面間結合（inter-plane bonds）が結晶構造に現れはじめると、その構造が次第にｓｐ３型の構造に変化し始める。それ故、水素を使用したドーピングは、厳密に言えば、黒鉛質窒化炭素として、この材料にもはや言及できないという効果をもたらす。
【００６２】
いくらか簡単な言い方をすると、窒化炭素の結晶化段階での水素の付加は、安定した三次元結晶構造の形成の一因となるといえる。結晶化段階で、窒化炭素ターゲットからコールドアブレートされて基板の表面にコーティングを生成するプラズマの付着を意味する場合、結晶構造の３次元性は、極めて均一なコーティングを生成するのに役立つ。水素を窒化炭素に付加することにより、ＵＶによって引き起こされる蛍光性の光は純窒化炭素のコーティングから得られるものよりも赤くなる。また、３次元結晶構造を好む水素の緩和効果により、可視光波長範囲におけるコーティングの透過率は増加する。さらに、高比率の三次元結晶構造を含むコーティングは、拡散の観点から、平面状の２次元構造で形成されるコーティングよりも密（tight）であるため、３次元結晶構造を好む水素の緩和効果は、コーティングの拡散遮断特性を改善する。
【００６３】
本発明の実施形態によれば、コーティングの基本材料は窒化炭素であって、その窒化炭素に１〜１２重量％の水素がコーティングプロセス中に付加されることにより、コーティングは生成される。水素がドープされた窒化炭素コーティングを生成する１つの方法は、コールドアブレーションであり、そこではターゲットが窒化炭素で作られ、空気がコーティングチャンバからくみ出され、それからガス状の水素がコーティングチャンバ内に投入される。チャンバ内の水素の分圧、及びレーザ出力、パルス長、パルス周波数、スポットサイズ、スキャン速度、及び他のプロセスパラメータとの関係が、コーティング内に含む水素の量を制御するのに用いられ得る。
【００６４】
＜他の材料がドープされた窒化炭素＞
アルカリ金属、希土類金属、及び／又はアルカリ土類金属を使用した窒化炭素のドーピングは、そのドーパントに特有の蛍光特性及び／又はクロマトグラフ特性を持つコーティングをもたらす。このようなドーパントは、例えば、セリウム、ユーロピウム、サマリウム、ネオジム、プラセオジム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、又はテルビウムである。アルカリ金属、希土類金属、又はアルカリ土類金属が使用される場合、一般的に、ターゲット材におけるその比率は１〜３０重量％又は１重量％以下である。
【００６５】
アブレーションにより引き起こされるプラズマの炭素原子のいくつかは、固化して、炭素の種々の同素系を生成するため、黒鉛質炭素、非晶質炭素、及び熱分解炭素は、レーザアブレーションによって、窒化炭素ターゲットから生成される全てのコーティング内のドーパントとして、ほぼ必然的に存在する。適当なターゲット材と適当なプロセスパラメータを選ぶことにより、コーティングが、黒鉛質炭素、非晶質炭素、又は熱分解炭素とナノダイヤモンドとの混合物をドーパントとして含有するという結果を達成できる。
【００６６】
ドープされた窒化炭素により作られているいくつかのコーティングは、大気から過度の水を吸収してコーティングが基板から剥がれる程度に、親水性でありうる。ドーパントとしてフッ素重合体を使用することにより、コーティングの親水性は低減されうる（すなわち、その疎水性は増加する）。１つの特に有利なそのようなドーパントは、ポリテトラフルオロエチレンである。１又は複数のフッ素重合体をドーパントとして使用することにより、汚れを寄せ付けないコーティング特性を改善し、その摩擦を低減し、その耐摩耗性を増加させることもできる。窒化炭素コーティングに少量追加したフッ素重合体は、フッ素重合体と同じくらい加熱の影響をほとんど受けないことが分かった。窒化炭素材の良好な熱伝導率は、本発明によるフッ素重合体がドープされた窒化炭素コーティングの耐熱性にプラスの効果をもたらす。
【００６７】
コーティング材のフッ素重合体の使用により達成される汎用性は非常に高く、一般的に言えば、本発明の実施形態によるコーティング材において、フッ素重合体のドーパントの原子分率はコーティング材の１〜９９％であり、それによる窒化炭素の原子分率はコーティング材の１〜９９％になる。
【００６８】
コーティング材として５重量％のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）がドープされた窒化炭素を使用して、模範的なコーティングがシリコン基板及びガラス基板上に堆積された。堆積されたコーティングの厚さは１５０〜４９０ｎｍの間で変化した。光透過率は、ガラス上に堆積されたコーティングから測定され、可視光波長の約９０％であることが分かった。コーティングの鉛筆硬度はシリコン上に堆積されたサンプルとガラス上に堆積されたサンプルの両方で測定され、全ての場合において、値９を超えることが分かった。水について測定された接触角は１６０度を超えていた。堆積された膜は優れた接着を示した。
【００６９】
他の模範的なコーティングは、２０：８０重量％の関係にある窒化炭素とＰＴＦＥからなるターゲットを使用して、シリコン基板及びガラス基板上に堆積された。堆積されたコーティングの厚さは１００〜１８６０ｎｍの間で変化した。水について測定された接触角は１６０度を超えていた。堆積された膜は優れた接着を示した。
【００７０】
この明細書で説明した全ての窒化炭素ドーパントとドーピング方法は、相互に組み合わせることができる。例えば、図５の三角図はコーティングの３つの特定の要素のみの相互比率を示しているけれども、それらの３つに加えて、コーティングの他の材料があってはいけないことを意味していない。例えば、窒化ホウ素を使用して窒化炭素をドーピングすることにより、非常に良好な可視光透過特性を備えたコーティングを作り出すことができる。それと同時に、他のドーパントとしてフッ素重合体を使用することにより、コーティングについての十分な疎水性を達成することもできる。さらに、希土類金属（例えば、セリウム、ユーロピウム、サマリウム、ネオジム、プラセオジム、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、又はテルビウム）をドーパントとして使用することにより、コーティングのクロマトグラフ特性及び／又は蛍光特性を制御することができる。種々のドーパントは、コーティング、又は層、及び／又はそれらの種々のドーパント内容物を使用したコーティングにおいて形成される範囲にわたって、均一的に使用可能である。
【００７１】
＜ＬＥＤ部品とＬＥＤ部品ケーシング＞
図１１は、ｐ−ｎ接合を備える半導体チップ１１０１、ワイヤ１１０２、及び成型プラスチックのハウジング１１０３を含むＬＥＤ部品を概略的に示している。ハウジング１１０３の機能は、電気部分を遮断し、適当な種類の電流により、ｐ−ｎ接合において引き起こされる電磁放射線を導くことである。電磁放射線の生成は、エレクトロルミネッセンスと呼ばれる。プラスチックのハウジング１１０３は、ＬＥＤ部品のためのケーシングとも呼ばれる。しかし、この場合、プラスチックのハウジング１１０３は、ＬＥＤ部品自身に固定されて分離できない部分である。
【００７２】
図１２は、複数の半導体チップ１２０１がコモン基板１２０２に取り付けられた、ＬＥＤ部品を概略的に示している。ワイヤ１２０３は、半導体チップ１２０１間と、半導体チップ１２０１から基板１２０２の底面上の連結パッド１２０４に、必要な導電性接続を提供する。完成したＬＥＤ部品において、ＬＥＤ部品ケーシング１２０５が、半導体チップ１２０１を覆い、ＬＥＤ部品の電気部分を遮断し、適当な種類の電流の結果として半導体チップ１２０１のｐ−ｎ接合において生成される電磁放射線を導くことができるように、プラスチック又はゴム（シリコンゴムなど）で作られているＬＥＤ部品ケーシング１２０５は、基板１２０２、半導体チップ１２０１、ワイヤ１２０３、及び連結パッド１２０４からなるエンティティに取り付け可能である。
【００７３】
個々のＬＥＤ部品は、２以上のＬＥＤ部品ケーシングを（例えば、互いの上部に又は重なり合うように）備えても良い。又は、完成したアセンブリの個々のＬＥＤ部品ケーシングは、２以上のＬＥＤ部品を覆っても良い。図１１及び図１２に示されるＬＥＤ部品とそれらのケーシングの形状と構造は、多数の異なる代替手段の単なる例であり、他のタイプのＬＥＤ部品又は他のタイプのＬＥＤ部品ケーシングへの本発明の適用を除外しない。
【００７４】
既定のｐ−ｎ接合は、半導体材料のエネルギーギャップの幅で決まる一定波長のみで電磁放射線を放射する。ＬＥＤ部品は、異なる色の光を生成するのにも使用できるが、これは、異なる幅のエネルギーギャップ又は半導体チップ周辺の蛍光変換材料を持つ複数の半導体チップの同時使用を必要とする。
【００７５】
図１１は、プラスチックのハウジング１１０３の外面上のコーティング１１０４を概略的に示している。図１１において、外面は、ＬＥＤ部品により生成される光を主に観察する方向に面しているものである。半導体チップ１１０１の材料は、エレクトロルミネッセンスが紫外線又は近紫外線の放射線（すなわち、少なくとも可視光の大部分よりも短い波長を持つ放射線）を生成するように、選択される。コーティング１１０４は、半導体チップ１１０１により生成される放射線によって活性化され且つ励起状態が減衰するように所望の波長で可視光を放射する１以上の蛍光性材料を含有する。
【００７６】
同様に、図１２は、コーティング１２０６を概略的に示している。この例では、コーティング１２０６は、ＬＥＤ部品ケーシング１２０５の内面に設けられている。アイデアは図１１と同一である。すなわち、半導体チップ１２０１によりエレクトロルミネッセンスで生成される短波の電磁放射線は、コーティング１２０６内で、蛍光性により所望の波長で可視光に変換される。図１１及び図１２に示されるコーティングソリューションに加えて又はその代わりに、ＬＥＤ部品ケーシングが作られている材料に、蛍光性物質（substance）を混ぜることもできる。
【００７７】
蛍光性ＬＥＤ部品はそれ自体知られているが、従来技術の解決は、たいてい、入手するのが難しい蛍光性物質か又はその取り扱いがリスク又は起こりうる欠点を含むような蛍光性物質を使用せざるを得なかった。一般的に、従来技術のＬＥＤ部品において、希土類金属は、蛍光性の光の所望の色を達成するために必要である。このような土類金属は掘り出さなければならず、執筆時点で、それらの産出物の９０％が中国からきている。土類金属の供給は制限されるため、グローバルで費用効率が高く且つ生態学的に持続可能なＬＥＤ部品の採用が、広く利用でき、好ましくは無害である要素（elements）に基づく、新しい蛍光性ソリューションを必要とする。
【００７８】
本発明の実施形態によれば、ドープされた窒化炭素を含有するコーティングは、ＬＥＤ部品及び／又はＬＥＤ部品ケーシングにおいて使用される。例えば、ナノダイヤモンド及び／又は炭化ホウ素がドープされた窒化炭素は、紫外線照射のもとで、蛍光性放射線が白色と言われるほどに非常に広い可視光波長範囲で蛍光性放射線を放射する。このような刺激剤（stimulant）がない場合、ナノダイヤモンドがドープされた窒化炭素は、例えば、人間の目には濃い灰色のように見える。これは、このようなコーティングが、コーティングされたＬＥＤ部品のオン／オフにより、興味深い刺激的なコントラストを生成するのに使用可能であることを意味する。
【００７９】
＜光学部品＞
図１３は、光学部品１３０２により保護されたディスプレイ要素１３０１を概略的に示している。この場合、光学部品１３０２は単なるシールドであり、その機能は、主な閲覧方向（図１３の場合は、上）からディスプレイ１３０１上に映されるような、画像、テキスト、又はそのようなものを閲覧可能にすることである。さらに、シールド１３０２は、その名前が示唆しているように、接触及び他の外部影響からディスプレイ１３０１を保護する。このようなシールドは、一般的に透明なプラスチック又はガラスで作られていて、全種類の電子装置（例えば、携帯用の通信機器、テレビ、コンピュータのディスプレイ、家電製品、乗り物、おもちゃなど）に使用される。他に広く使用される光学部品は、種々のレンズ（眼鏡のレンズなど）、鏡、及びプリズムを含む。
【００８０】
ポリカーボネートのような安価な透明なプラスチックはしばしば、比較的柔らかく、傷がつきやすく、且つ光学部品に不利な他の特性も持っていることもある。このように、例えば、表面の耐摩耗性を改善し、不要な反射を低減し、又はより簡単にきれいにするために、光学部品の種々のコーティングの使用が知られている。
【００８１】
図１３は、ドープされた窒化炭素で作られている、光学部品のコーティング１３０３を概略的に示している。いくつかの非常に有利な特性が、１以上の的確なドーパントを選択することにより、達成されうる。例えば、窒化ホウ素がドープされた窒化炭素コーティングは、可視光波長で極めて透明であり、光学部品の通常使用される多くの原料よりもかなり硬いため、光学部品の表面の耐摩耗性を著しく改善するのに使用可能である。フッ素重合体のドーピングは、表面へのグリースの付着を低減し、それにより目に見える指紋の発生を低減するために（反指紋（anti-fingerprint）特性）、疎油性（lipophobicity）をコーティングに導入するのに使用可能である。波長選択性及び／又は所望のタイプの蛍光性は、１以上の希土類金属、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属をドーパントとして使用することにより、コーティングに導入されうる。
【００８２】
＜ケーシング＞
図１３について、光学部品の観点から具体的に上述されたが、上述したアイデアの多くは、直接一般化して、透明性又は他の光学特性が主として必要とされない装置ケーシングの部分に適用できる。本発明の実施形態によれば、目に見える指紋が望まれない、又はより一般的には、ケーシング部分が汚れを寄せ付けない及び／又は簡単にきれいにすべきである、携帯用又は他の種類の装置のケーシング部分のために、コーティングは生成可能である。
【００８３】
＜工作機械（MACHINE TOOL）＞
機械において、良い切削力と耐摩耗性は重要であり、工作機械の求められている特性である。これらは、工作機械又は刃に対して良い接着性を持ち且つ適当に硬くて有利なトライボロジー特性を持つコーティングを使用して、工作機械、又はその刃先（cutting edge）の少なくとも最も重要な部分（critical areas）、又は刃（blade）をコーティングすることにより改良されうる。
【００８４】
図１４は、工作機械（この場合、旋盤）の刃先の断面を概略的に示している。刃先材１４０１は、少なくとも機械加工の材料と接触する部分について、ドープされた窒化炭素コーティング１４０２でコーティングされる。コーティングは、加熱された基板（刃先材）上で生成される、窒化ホウ素がドープされた窒化炭素のコーティングであっても良い。この場合、鉛筆硬度尺度で１０Ｈ以下の硬さを持つことができる。窒化炭素内のドーパントとして窒化ホウ素に加えて又は代わりに、ナノダイヤモンド、他の同素系（炭素、炭化ホウ素、水素、窒素）、又はフッ素重合体を、窒化炭素のドーパントとして使用しても良い。
【００８５】
＜構成材料の例＞
本発明の実施形態の産業上利用可能性を検証するための実験において使用された構成成分は以下の通りであった。
【００８６】
フィンランドのカルボデオンリミティドオサケユイチアから市販されている、窒化炭素の粉末
−化学的純度≧９９．７重量％
−一次粒径＜３０ミクロン、凝集
−不活性雰囲気中の化学安定性６５０℃以下
−含水率≦４重量％
【００８７】
米国のグッドフェロー社（Goodfellow Corporation）から市販されている、窒化ホウ素の粉末
−化学的純度＞９９．５重量％
−最大一次粒径１０ミクロン、凝集
−感湿
【００８８】
ドイツのＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ ＧｍｂＨから市販されている、炭化ホウ素の粉末
−Ｂ：Ｃ比率３．７−３．８
−一次粒径の分布：ｄ５０＝０．６−１．２ミクロン、凝集
−比表面積：１５−２０ｍ２／ｋｇ
【００８９】
フィンランドのカルボデオンリミティドオサケユイチアから市販されている、グレード・ナノダイヤモンド（uDiamond）のＭｏｌｔｏ Ｎｕｅｖｏ、ナノダイヤモンドの粉末
−固体状態のナノダイヤモンド含有量＞９７％
−一次粒径４〜６ｎｍ、粉末の凝集サイズは数十ミクロンに及ぶ
−含水率：約２重量％
−かさ密度（bulk density）：約０．５ｇ／ｃｍ３
−比表面積＞３００ｍ２／ｇ
【００９０】
フィンランドのカルボデオンリミティドオサケユイチアから市販されている、グレード・ナノダイヤモンド（uDiamond）のＢｌｅｎｄ Ｎｕｅｖｏ、ナノダイヤモンドの粉末
−固体状態のナノダイヤモンド含有量＞５０重量％、残りは実質的に非晶質の黒鉛質炭素
−一次粒径４〜６ｎｍ、粉末の凝集サイズは数十ミクロンに及ぶ
−含水率：約１重量％
−かさ密度（bulk density）：約０．５ｇ／ｃｍ３
−比表面積＞３００ｍ２／ｇ
【００９１】
多数の供給者から市販されている、固体のフッ素重合体（ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ）の粉末
−一次粒径６〜９ミクロン、凝集
−含水率：約０．０１重量％
【００９２】
＜処理ステップの例＞
典型的な初期材料は、一次粒径ではなく、凝集された形状でもたらされる。さらに、それらは、異なる吸湿力を示す。凝集強度は各材料内で高く、それらは互いに弱い親和性を持つため、塊（agglomerates）を割って合成のコーティング材の均等な分配を得るのを難しくする。混合物の前処理ステップとして、１ｃｍのアルミナビーズ又はジルコニアビーズを使用したボールミルが、しばらくの間（例えば、１５〜３０分）、有利に実行される。
【００９３】
また、種々の構成材料は、水分（moisture）に対する異なる親和性を示す。ターゲット材からできる限り多くの部分まで水分を除くことが好ましい。焼結がターゲットの準備に使用される場合、不要な水分がプロセス中に構成材料内にもたらされて、深刻なクラッキング（cracking）を引き起こすかもしれない、又は爆発により焼結金型（sintering mold）に損傷を与えるかもしれない。よって、混合物の別の前処理ステップとして、例えば、１５０℃の温度の乾燥機内で数時間又は一晩乾燥させるステップを含むことが有利である。
【００９４】
焼結は加熱を含む。加熱が過度に急速に行われると、構成材料内の（もしあれば）微量水分が制御されない方法で蒸発し、クラッキングを引き起こすかもしれない。また、過熱による構成材料のうちのいくつかの分解を引き起こさないために、しかしそれと同時に確実に、最終的なターゲット（すなわち、コーティング）材の所望の密度が達成され、且つ、所望の焼結時間が適度であり続けるために、最高温度は注意して選択されなければならない。
【００９５】
ナノダイヤモンド、窒化ホウ素、及び／又は炭化ホウ素から選択されたドーパントがドープされた窒化炭素合成物について、以下の例示のパラメータ値が有効であることが見つかった。
−焼結圧      ：７５ＭＰａ
−過熱率      ：５０℃／分
−焼結温度    ：５００℃
−総焼結時間  ：１５分
【００９６】
フッ素重合体は、上述したドーパントよりも加熱に敏感であり、想像を絶するような５００℃程度の焼結温度を作り出す。焼結温度は最終的な焼結された製品の密度に重要な効果を与えるため、フッ素重合体がドーパントとして使用される場合、焼結により、十分に高密度のターゲット（すなわちコーティング）材が生成されうるかどうかが、疑わしいと考えられる。しかし、ドーパントがＰＴＦＥである場合に、下記のパラメータ値が有効であることが見つかった。
−焼結圧      ：７５ＭＰａ
−過熱率      ：５０℃／分
−焼結温度    ：５００℃
−総焼結時間  ：１５分
【００９７】
＜コーティング材の構成例＞
以下の例示のコーティング材が、公表された量（重量％）で生成され試験された。
窒化炭素：窒化ホウ素ターゲット：
窒化炭素：窒化ホウ素；９５：５
窒化炭素：窒化ホウ素；９０：１０
窒化炭素：窒化ホウ素；７５：２５
窒化炭素：窒化ホウ素；５０：５０
窒化炭素：窒化ホウ素；７５：２５
窒化炭素：窒化ホウ素；９５：５
【００９８】
窒化炭素：炭化ホウ素ターゲット：
窒化炭素：炭化ホウ素；９８：２
窒化炭素：炭化ホウ素；９５：５
窒化炭素：炭化ホウ素；９０：１０
窒化炭素：炭化ホウ素；７５：２５
窒化炭素：炭化ホウ素；５０：５０
窒化炭素：炭化ホウ素；７５：２５
窒化炭素：炭化ホウ素；９５：５
【００９９】
窒化炭素：Ｍｏｌｔｏ Ｎｕｅｖｏターゲット：
窒化炭素：Ｍｏｌｔｏ Ｎｕｅｖｏ；８０：２０
窒化炭素：Ｍｏｌｔｏ Ｎｕｅｖｏ；７５：２５
【０１００】
窒化炭素：Ｂｌｅｎｄ Ｎｕｅｖｏターゲット：
窒化炭素：Ｂｌｅｎｄ Ｎｕｅｖｏ；９８：２
窒化炭素：Ｂｌｅｎｄ Ｎｕｅｖｏ；９５：５
窒化炭素：Ｂｌｅｎｄ Ｎｕｅｖｏ；８０：２０
【０１０１】
窒化炭素：ＰＴＦＥターゲット：
窒化炭素：ＰＴＦＥ；９５：５
窒化炭素：ＰＴＦＥ；９０：１０
窒化炭素：ＰＴＦＥ；７０：３０
窒化炭素：ＰＴＦＥ；５０：５０
窒化炭素：ＰＴＦＥ；３０：７０
窒化炭素：ＰＴＦＥ；９０：１０
窒化炭素：ＰＴＦＥ；９５：５
【０１０２】
＜測定されたフォトルミネッセンスの例＞
図１５は、励起信号として２４４ｎｍのレーザ光を使用して、粉末状のドープされていない窒化炭素の、測定されたフォトルミネッセンスを示す。図１６は、上述したＢｌｅｎｄ Ｎｕｅｖｏグレードのナノダイヤモンドを使用して、５重量％までドープされた窒化炭素Ｃ３Ｎ４を含有する本発明の実施形態におけるターゲットから、パルスレーザ堆積を使用して生成された２つのコーティングを測定したときのフォトルミネッセンスを示す。図１６の曲線１６０１及び曲線１６０２のそれぞれは、選択された測定技術に起因する連続した部分的な曲線で構成されるように見える。曲線１６０１及び曲線１６０２の違いは、異なるプロセスパラメータで同様に達成された、対応するコーティングの異なる形態（morphology）にある。曲線１６０１のコーティングはターゲットから８ｍｍ離れて、温度３３６〜３６５℃で維持される基板上に生成された。曲線１６０２のコーティングは、ターゲットから１５ｍｍ離れて、温度３００℃で維持される基板上に生成された。
【０１０３】
図１７は、窒化ホウ素を使用して、５〜２５重量％にまでドープされた窒化炭素Ｃ３Ｎ４を含有する本発明の実施形態におけるターゲットからパルスレーザ堆積を使用して生成された、多数のコーティングの測定されたフォトルミネッセンスを示す。図１７の各曲線は、選択された測定技術に起因する連続した部分的な曲線で構成されるように見える。曲線が別のものに交差しないように、曲線は垂直軸上にシフトされている。各曲線について、ゼロ点（測定されたルミネッセンスのゼロのＣＰＳ）はその曲線の左端のレベルにある。曲線１７０１〜１７０７のそれぞれの垂直の縮尺は同じであるのに対して、曲線１７０８は、図面でその特徴がより明確に見えるように、８倍に拡大されている。
【０１０４】
図１７の種々の曲線に対応するコーティング間の違いは、一部はコーティング内の窒化ホウ素の異なるパーセンテージによって生じ、一部は使用される異なるプロセスパラメータ値の結果である異なる表面形態によって生じる。曲線１７０２、１７０３、１７０７は、５重量％の窒化ホウ素を使用したコーティングによって生じた。曲線１７０１、１７０４、１７０５、１７０８は、１０重量％の窒化ホウ素を使用したコーティングによって生じた。曲線１７０６は、２５重量％の窒化ホウ素を使用したコーティングによって生じた。曲線１７０２、１７０３、１７０６、１７０７の場合、基板は、ターゲットから１０ｍｍ離れて室温で維持された。曲線１７０１、１７０４、１７０５、１７０８の場合、距離は２０ｍｍであり、基板は２００℃、２００℃、１００℃、３００℃でそれぞれ維持された。
【０１０５】
図１６及び図１７のフォトルミネッセンススペクトルは、コーティングの組成が変化したときにフォトルミネッセンスの有力な色の内容が変化することと、フォトルミネッセンスの強度は、コーティングの表面形態に同様に影響を与えるプロセスパラメータ値を選択することにより調整可能であることを示している。一般に、表面粗さが大きくなるほど（すなわち、コーティングの比表面積が大きくなるほど）、フォトルミネッセンスの強度は高くなる。コーティングがどの程度滑らかかに関して、コーティングの質を評価することがすでに慣習となっていたため、最後に述べたことが重要な結論となる。実際に、プロセスパラメータ値のみが適切に選択される場合、コールドアブレーションは、コーティングの微粒子及び／又はピンホールがほとんどない又はない、極めて滑らかなコーティングを生成可能であることが知られている。しかし、ここで示したように、コールドアブレーションにより生成されたコーティングは、必ずしも極めて滑らかである必要がないという点で、有利である。いくつかの適用においては、比較的大きな表面粗さの値が欠点ではなく利点となる。
【図１】
2014531514.tif 000004
【図２】
2014531514.tif 000005
【図３】
2014531514.tif 000006
【図４】
2014531514.tif 000007
【図５】
2014531514.tif 000008
【図６】
2014531514.tif 000009
【図７】
2014531514.tif 000010
【図８】
2014531514.tif 000011
【図９】
2014531514.tif 000012
【図１０】
2014531514.tif 000013
【図１１】
2014531514.tif 000014
【図１２】
2014531514.tif 000015
【図１３】
2014531514.tif 000016
【図１４】
2014531514.tif 000017
【図１５】
2014531514.tif 000018
【図１６】
2014531514.tif 000019
【図１７】
2014531514.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月16日(2014.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアブレーションにより基板をコーティングするためのターゲット材であって、前記ターゲット材は、純窒化炭素と比較して、生成されるコーティングの特性を変更するために、黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有するものであり、
前記ターゲット材の密度は、前記ターゲット材の理論密度の少なくとも７０％であり、好ましくは８０％を超え、
前記ターゲット材のドーパントの粒径は３０マイクロメートル以下であり、
前記ドーパントは、ナノダイヤモンド、窒化ホウ素、及び炭化ホウ素のうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とするターゲット材。
【請求項２】
前記ターゲット材のナノダイヤモンドの重量パーセントは、好ましくは１〜５０％であり、より好ましくは１〜２０％であり、最も好ましいのは１〜１０％であることを特徴とする、請求項１に記載のターゲット材。
【請求項３】
ドーパントとして使用される窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の原子分率はターゲット材の１０〜９０％であり、且つ、窒化炭素の原子分率はターゲット材の１０〜９０％であることを特徴とする、請求項１に記載のターゲット材。
【請求項４】
前記ドーパントはフッ素重合体を含有することを特徴とする、請求項１に記載のターゲット材。
【請求項５】
ドーパントとして使用されるフッ素重合体の原子分率はターゲット材の１〜９９％であり、且つ、窒化炭素の原子分率はターゲット材の１〜９９％であることを特徴とする、請求項４に記載のターゲット材。
【請求項６】
レーザアブレーションによりターゲットから生成される窒化炭素を含有するコーティングであって、当該コーティングは、純窒化炭素のコーティングと比較して、コーティングの特性を変更するためのドーパントを含有するものであり、
前記ドーパントは、ナノダイヤモンド、窒化ホウ素、及び炭化ホウ素のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、コーティング。
【請求項７】
前記コーティングのナノダイヤモンドの重量パーセントは、好ましくは１〜５０％であり、より好ましくは１〜２０％であり、最も好ましいのは１〜１０％であることを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項８】
ターゲット材のナノダイヤモンドから生じるｓｐ３型の結晶領域が、コーティング中に、ｓｐ３型の結合が通常の窒化炭素中より多くある窒化炭素部分に取り囲まれた核生成の中心を形成することを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項９】
ドーパントとして使用される窒化ホウ素及び／又は炭化ホウ素の原子分率はコーティングの材料の１０〜９０％であり、且つ、窒化炭素の原子分率は前記コーティングの材料の１０〜９０％であることを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項１０】
ホウ素、炭素、及び窒素をＢＣ２Ｎ相状で含有することを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項１１】
前記ドーパントは水素を含有することを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項１２】
前記ドーパントは、黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素か、あるいは黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素とナノダイヤモンドとの混合物を含有することを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項１３】
前記ドーパントはフッ素重合体を含有することを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項１４】
前記ドーパントは希土類金属、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含有することを特徴とする、請求項６に記載のコーティング。
【請求項１５】
コーティングされた物であって、前記物のコーティングの材料は、純窒化炭素のコーティングと比較して、コーティングの特性を変更するために黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有するものであり、
前記ドーパントは、ナノダイヤモンド、窒化ホウ素、及び炭化ホウ素のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、コーティングされた物。
【請求項１６】
前記ドーパントは水素を含有することを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項１７】
前記ドーパントは、黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素か、あるいは黒鉛質、非晶質、又は熱分解の炭素とナノダイヤモンドとの混合物を含有することを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項１８】
前記ドーパントはフッ素重合体を含有することを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項１９】
前記ドーパントは希土類金属、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属を含有することを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項２０】
前記コーティングされた物は工作機械であることを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項２１】
前記工作機械のコーティングは、ホウ素、炭素、及び窒素をＢＣ２Ｎ相状で含有することを特徴とする、請求項２０に記載のコーティングされた物。
【請求項２２】
前記コーティングされた物は光学素子であることを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項２３】
前記コーティングされた物はＬＥＤ部品であることを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項２４】
前記ＬＥＤ部品は白色光を発生させるように設けられることを特徴とする、請求項２３に記載のコーティングされた物。
【請求項２５】
前記コーティングされた物はＬＥＤ部品の蛍光性ケーシングであることを特徴とする、請求項１５に記載のコーティングされた物。
【請求項２６】
ＬＥＤ部品の蛍光性ケーシングは、実質的に白色光の蛍光スペクトルを持つことを特徴とする、請求項２５に記載のコーティングされた物。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、一般に、物の表面についての所望の特性を実現するためのコーティングとターゲット材に関する。特に、本発明は、レーザアブレーションのコーティング材としてのドープされた窒化炭素の使用、レーザアブレーションによりそのような材料で作られているコーティング、及びそのような材料でコーティングされた物に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の目的は、コーティング材としてドープされた窒化炭素を使用することにより達成される。本発明の目的を達成する観点から、コーティング方法としてレーザアブレーションを使用することにより、及び十分な密度と十分小さい粒径を持つレーザアブレーションターゲットを使用することにより、且つナノダイヤモンド、窒化ホウ素、及び／又は炭化ホウ素をそのドーパント内に含むことにより、重要な利点が得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のターゲット材は、ターゲット材を対象とする独立請求項の特徴部分に示されているものにより、特徴付けられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
＜ターゲット材の特性＞
本発明の有利な実施形態によれば、レーザアブレーションにより基板をコーティングするために使用されるターゲット材は、純窒化炭素と比較して、生成されるコーティングの特性を変更するために、黒鉛質窒化炭素とドーパントを含有する。レーザアブレーションターゲットの材料の密度は、その材料の理論密度の少なくとも７０％であり（好ましくは、８０％を超える）、ドーパントの粒径は３０マイクロメートル以下である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
ターゲット材の理論密度ｐｔｈｅｏｒｙは一般に以下のように定義される。
ｐｔｈｅｏｒｙ＝ＮＯＡ／ＶＯＮＡ
ここで、ＮＯは単位格子（unit cell）の原子の数、Ａは原子量、ＶＯは単位格子の体積、ＮＡはアボガドロ数である。レーザアブレーション中にターゲットが分解しないように、ターゲット材の密度は十分高くなければならない。十分な密度のターゲットを作る有利な方法は、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）と呼ばれ、フィールドアシスト焼結技術（ＦＡＳＴ）としても知られている。ターゲットは、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）技術又はいくつかの他の圧縮方法を使用して作ることも可能である。
【国際調査報告】
2014531514.tif 000021
2014531514.tif 000022
2014531514.tif 000023
2014531514.tif 000024