專利名稱：制備超薄保護(hù)涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于物件的保護(hù)涂層，具體是用于存儲和/或檢索數(shù)據(jù)的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)中的部件，包括例如讀/寫磁頭和存儲磁盤的保護(hù)涂層。
背景技術(shù)：
許多技術(shù)進(jìn)步造成對制造各種器件中使用的材料很高的需求。具體而言，在增加性能要求的同時(shí)，小型化已使公差余量減小。涂層用來改變復(fù)合物的表面性能，同時(shí)又能保持下面基底的所需性能，因此涂布技術(shù)變得極為重要。尤其是薄的涂層能用來保護(hù)下面的基底不受各種侵害。
旋轉(zhuǎn)的磁光和光磁數(shù)據(jù)存儲器件使用數(shù)據(jù)存儲磁盤，帶有安裝在空氣動力學(xué)滑觸頭上的磁頭，從磁盤上讀取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)?；|頭有著面對磁盤表面的空氣軸承面。使用時(shí)，滑觸頭以一預(yù)定的距離“浮動”在以很快速度旋轉(zhuǎn)的磁盤上面。
用于數(shù)據(jù)存儲的磁盤驅(qū)動器可以使用一個(gè)或多個(gè)有信息存儲介質(zhì)的磁盤。在磁盤或磁光盤驅(qū)動器的情況，信息存儲介質(zhì)包括在一非磁性基底上的較薄的磁性層。在沿同心數(shù)據(jù)磁道的一些特定位置上(通常在數(shù)據(jù)存儲區(qū)內(nèi))將數(shù)據(jù)存儲。
滑觸頭和磁盤表面之間不連續(xù)的接觸會引起磁盤表面和滑觸頭的磨損。為了防止磁盤表面和/或滑觸頭的磨損和腐蝕，在磁盤表面和/或滑觸頭表面包括磁頭的磁介質(zhì)上施加外涂層。較好的外涂層可以減少滑觸頭和磁盤的磨損、摩擦和氧化，同時(shí)可以在旋轉(zhuǎn)期間以及取下和放上時(shí)，在滑觸頭和磁盤表面之間保持空氣動力的相互作用。保護(hù)涂層還可以施加在磁頭和滑觸頭上，在制造和加工期間保護(hù)磁頭。
要在磁盤表面獲得更高的存儲密度，正在減小讀/寫磁頭和磁盤表面之間的浮動高度。例如，對高密度磁盤驅(qū)動器來說，要求浮動高度小至10納米(nm)并非鮮見。減少浮動高度可以提高磁頭和磁盤表面之間的磁性相互作用，結(jié)果能達(dá)到相應(yīng)更高的數(shù)據(jù)存儲密度。因此，很重要的是保護(hù)涂層要足夠薄，不會過分增加磁頭的磁性轉(zhuǎn)換傳感器與靠近磁盤表面的磁性材料之間的有效距離。因此，在要求10nm的浮動高度時(shí)，保護(hù)涂層應(yīng)該很薄，較好不超過1nm。
已經(jīng)使用碳涂層來形成基底上的保護(hù)層。然而，涂層增加了表面和下面基底之間的距離。因此，例如在制造磁盤時(shí)，保護(hù)涂層等的存在導(dǎo)致的磁頭和磁性介質(zhì)間距離的增加會抵消減小浮動高度所帶來的性能提高。
最近，在磁盤驅(qū)動器中已經(jīng)研究了富勒烯用作磁性器件如磁盤用的可能的涂布材料。例如，美國專利5,374,463描述了具有由多層富勒烯形成的薄膜涂層的磁盤，該多層富勒烯厚度約為30-150(3-15nm)。然而，其中所述的多層富勒烯涂層對目前磁盤驅(qū)動器的浮動高度要求來說太厚。本發(fā)明提供解決這一問題和其它問題的方案，并提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的其它優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明概述本發(fā)明述及一種在基底上形成涂層的方法。將富勒烯分子的多層涂層沉積在基底上，然后除去多層涂層中的一些層，在基底上留下富勒烯分子的大約單層。較好的，在基底溫度保持在低于至少約200℃的情況下除去富勒烯。
在有些實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)一種束流發(fā)生器來產(chǎn)生一種束流，該束流能使多層涂層的富勒烯-富勒烯分子鍵斷裂，但又不足以使涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂。將這種束流投射到多層涂層上，使富勒烯-富勒烯的分子鍵斷裂。
在一個(gè)實(shí)施方案中，束流發(fā)生器是一種離子束發(fā)生器/離子源，經(jīng)過調(diào)節(jié)能產(chǎn)生電流密度約為0.05-5.0mA的束流。在其它一些實(shí)施方案中，束流發(fā)生器是激光束發(fā)生器或氣體離子簇束發(fā)生器。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在多層涂層上施用溶劑，來形成單分子層富勒烯。該溶劑的強(qiáng)度要足以使多層涂層的富勒烯-富勒烯間分子鍵斷裂，又不足以使涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂，從而將涂層中沒有結(jié)合到基底上的富勒烯溶解掉。
在閱讀了下面的詳細(xì)描述并參見有關(guān)附圖后，能清楚理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡述

圖1是一個(gè)實(shí)施了本發(fā)明的磁盤驅(qū)動器的透視圖。
圖2-4所示是根據(jù)本發(fā)明較好實(shí)施方案，形成富勒烯單層的設(shè)備和過程的示意圖。
說明性實(shí)施方案的詳細(xì)描述圖1是采用本發(fā)明的磁盤驅(qū)動器100的透視圖。磁盤驅(qū)動器100包括帶有基座102和頂蓋(未示出)的外殼。磁盤驅(qū)動器100還包括磁盤組106，通過磁盤夾具108安裝在中心軸馬達(dá)(未示出)上。磁盤組106包括多個(gè)獨(dú)立的磁盤107，它們圍繞于中心軸109可共同旋轉(zhuǎn)。每個(gè)磁盤表面具有一個(gè)相關(guān)的磁頭-滑觸頭110，它安裝在磁盤驅(qū)動器100上，能與面對的磁盤表面?zhèn)鬟f信息。磁頭-滑觸頭110包括浮動在磁盤組合106的單獨(dú)磁盤的相關(guān)磁盤表面上方的滑觸頭結(jié)構(gòu)和用于從面對的磁盤表面上的同心磁道讀取和寫入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換磁頭。在圖1所示的例子中，磁頭-滑觸頭110由懸架112支撐，而懸架112連接在致動器116的磁道存取臂114上。致動器116由音圈馬達(dá)(VCM)118驅(qū)動，致動器和連接的磁頭110繞著樞軸120旋轉(zhuǎn)。致動器116的旋轉(zhuǎn)使磁頭沿一弓形軌道122移動，將磁頭定位在磁盤內(nèi)徑124和外徑126之間所要求的數(shù)據(jù)磁道上方。音圈馬達(dá)118由裝在線路板128上的伺服電子器件，根據(jù)磁頭-滑觸頭110的磁頭和主計(jì)算機(jī)(未示出)產(chǎn)生的信號驅(qū)動。在線路板128上還包括讀取和寫入電子元件，根據(jù)由磁頭-滑觸頭110的讀取磁頭從磁盤組106讀取的數(shù)據(jù)向主計(jì)算機(jī)提供信號，并向磁頭-滑觸頭110的寫入磁頭提供寫入信號，將數(shù)據(jù)寫在磁盤上。
磁盤107由主軸馬達(dá)驅(qū)動，按照箭磁頭132方向旋轉(zhuǎn)，會在磁盤表面上產(chǎn)生風(fēng)?；|頭110對抗著風(fēng)的作用，以設(shè)定的距離“浮動”在相應(yīng)磁盤的表面上。
前面Dykes等人的申請描述了在潔凈金屬或半導(dǎo)體基底表面上含有提純富勒烯材料單層的超薄保護(hù)涂層，該富勒烯牢固地結(jié)合在基底表面上。富勒烯-金屬/半導(dǎo)體的吸引力大于各層間富勒烯-富勒烯的吸引力。C60富勒烯由于其和基底有牢固的附著力和相對易得，所以是較好的涂層材料。富勒烯是有敞開籠形結(jié)構(gòu)的碳簇分子，其特征是分子表面是四或六邊的多邊形或環(huán)。一種形式C60分子為球形，有點(diǎn)類似于足球，有時(shí)也就稱作有“足球”的分子結(jié)構(gòu)。著名的富勒烯包括例如C60(buckminster富勒烯，也稱作“巴奇球”)、C70、C80和C84。富勒烯分子的直徑在約5-10(0.5-1.0nm)范圍。
富勒烯分子對潔凈金屬和半導(dǎo)體具有很強(qiáng)的附著力，耐腐蝕，并且能提供合適的摩擦性質(zhì)。富勒烯分子與潔凈金屬或半導(dǎo)體能形成比與其它富勒烯分子更強(qiáng)的結(jié)合。
如本文所述，富勒烯涂層一般在金屬或半導(dǎo)體基底上形成?？梢詫⒏焕障┓肿映练e在基底上形成涂層。重要的是基底要潔凈，沒有會影響在富勒烯與潔凈金屬/半導(dǎo)體表面間形成強(qiáng)吸引力的污染物。例如，在基底表面的氧化物會使富勒烯分子與金屬或半導(dǎo)體基底間的締合/鍵合減小。在前述Dykes等人申請中描述了滿足清潔沉積表面要求的方法，是在約小于10-7乇的操作壓力下，在包含磁性材料的潔凈物件上沉積C60富勒烯涂層。此低的壓力可確保充分的無氧和無水。更具體的說，低壓可確保氧和水的分壓都是在極高的真空條件下，約低于10-9乇。采用諸如化學(xué)沉積或蒸氣沉積方法在高真空下形成表面，或在高真空下采用濺射或其它方法來清潔表面，可獲得潔凈的金屬或半導(dǎo)體表面。
富勒烯分子以超過富勒烯-富勒烯分子間鍵的強(qiáng)度，結(jié)合在潔凈的金屬或半導(dǎo)體基底上。由富勒烯從表面上的凝聚相解吸或蒸發(fā)的溫度可以衡量富勒烯結(jié)合在另一物體上的強(qiáng)度。該解吸溫度與富勒烯和表面間的締合/鍵合強(qiáng)度有關(guān)。較高的解吸溫度表明較強(qiáng)的結(jié)合，反之亦然。對有些表面，表面與富勒烯會在低于解吸溫度下反應(yīng)，這種情況下，該反應(yīng)溫度就為結(jié)合強(qiáng)度提供了下限。
多層富勒烯涂層是具有多層富勒烯分子的富勒烯涂層，其最初的解吸溫度是富勒烯-富勒烯分子間鍵強(qiáng)度的標(biāo)志。富勒烯-富勒烯鍵合的解吸溫度一般在500-570K。而相應(yīng)于富勒烯與金屬/半導(dǎo)體吸引力的解吸溫度，是富勒烯分子吸引到金屬或半導(dǎo)體表面的締合/鍵合強(qiáng)度的標(biāo)志，該溫度為625-725K和更高。
使用富勒烯可將富勒烯涂層施加到基底上。在較好的實(shí)施方案中，將富勒烯施加在潔凈的金屬和半導(dǎo)體表面上。一個(gè)實(shí)施方案中，在真空室內(nèi)，通過加熱富勒烯源形成富勒烯蒸氣，將富勒烯施加到表面上。在Dykes等人申請中，進(jìn)一步描述了這種方法。在同時(shí)由Dykes等人提交的標(biāo)題為“制備超薄保護(hù)層方法”的專利申請中，描述了用電子束濺射富勒烯靶子來產(chǎn)生富勒烯蒸氣的一種方法。
不管采用何種在基底表面沉積富勒烯的方法，可能沉積的是一層以上的富勒烯。多層富勒烯增加了保護(hù)層附加的不需要的厚度。另外，由于富勒烯-富勒烯分子間吸引力明顯低于富勒烯與潔凈金屬或半導(dǎo)體表面的強(qiáng)吸引力，所以這些富勒烯附加層不穩(wěn)定。
雖然有可能控制沉積時(shí)間和條件來直接沉積單層，但很難方便地控制產(chǎn)生單層的沉積條件。如果沉積的是多于一層，就要求除去附加的富勒烯層，而留下牢固結(jié)合在潔凈金屬或半導(dǎo)體表面的單層。為了除去附加的富勒烯，可以將經(jīng)涂布的基底加熱到可解吸多層富勒烯但是不會破壞單層的溫度，如下面進(jìn)一步描述的。由于相對于富勒烯-富勒烯分子間鍵更強(qiáng)的富勒烯與潔凈金屬或半導(dǎo)體表面的締合/鍵合，這種選擇性解吸為可能的。
在Dykes等人的申請中，將經(jīng)涂布的物體加熱至高于約500-570K，但低于約625K的溫度，使富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，但不使富勒烯與金屬的締合/鍵合斷裂，這樣來解吸過量的富勒烯，而形成單層富勒烯涂層。將涂層加熱至500-625K(約225-350℃)，涂層就減少至大約單層涂層。產(chǎn)生的單層富勒烯的厚度約為5-10(0.5-1.0nm)，這對被涂布物體來說是超薄的保護(hù)層。然而，許多元件如磁盤驅(qū)動器的磁頭-滑觸頭元件不能承受解吸富勒烯-富勒烯鍵合所需的高達(dá)225℃的溫度。有些磁頭不能承受超過約150℃的溫度，因?yàn)樵摐囟葧a(chǎn)生影響磁頭性能的不良作用。本發(fā)明方法能使富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，減少多層涂層至單層涂層，而不會使物體處于對其有害的高溫度。
根據(jù)本發(fā)明，通過使富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，但不使富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂，且不會使物體處于有害高溫度的方法，從多層涂層獲得大約為單層的富勒烯涂層。具體而言，使用激光束、離子束、電子束、溶劑或其它方法，使富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，來得到在基底上的單層涂層。
雖然本發(fā)明描述的是獲得單層涂層，但本領(lǐng)域技術(shù)人員不難理解，要形成絕對的單層是有問題的。因此，本文中應(yīng)用于富勒烯涂層的術(shù)語“單層”是指有大約一層富勒烯分子的涂層，但如果涂層略多于或少于單層時(shí)，涂層的性能不會受到多大的影響。而且，雖然單層富勒烯分子通常在基底上積聚成二維晶體結(jié)構(gòu)，但是具有很小晶格缺陷的單層富勒烯通常不會改變富勒烯層要求的性能，可以認(rèn)為是大約的單層。不管如何，富勒烯單層能防止基底受到磨損和水蒸氣的腐蝕，能為達(dá)到滿意的潤滑性提供超薄層用于磁性數(shù)據(jù)存儲元件如讀/寫磁頭、滑觸頭和磁盤。
可以采用各種方法合成富勒烯，有一些富勒烯已經(jīng)獲得很好的表征。富勒烯可從各種來源購得，包括SES Research of Hoyston，TX?？衫缬枚趸柚蜓趸X柱，對富勒烯的有機(jī)分散液進(jìn)行柱色譜操作來提純富勒烯。將提純后的富勒烯沉積在潔凈的基底上。滿足潔凈沉積環(huán)境要求的一種方式，是在高真空下通過諸如化學(xué)沉積或蒸氣沉積形成基底，或通過在高真空下采用濺射或其它方法來清潔基底。
在Dykes等人的申請中，描述了一種在潔凈基底上沉積富勒烯的方法，是將已經(jīng)清除殘余溶劑和其它雜質(zhì)的富勒烯原料在約10-7至10-10乇壓力，一般小于約10-8乇下操作的真空室內(nèi)加熱至約450-550℃。富勒烯在真空室中升華，其分子就沉積在基底上。超高真空可保持富勒烯沉積用的潔凈表面。
根據(jù)經(jīng)涂布物體的特定用途和性能參數(shù)，選擇沉積富勒烯用的基底?；卓梢允菨崈舻慕饘?、半導(dǎo)體或它們的組合。對磁頭，合適的基底包括例如Ni、Co、NiFe、CoFe、CoZrNb、NiFeCr、AlSiFe、NiFeRe、它們的混合物和合金。對磁盤，合適的基底包括金屬，例如鈷和鈷合金，如Co-Ni、Co-Cr、Co-Ni-Fe、Co-Ni-Cr、Co-Pt、Co-Ni-Pt、Co-Cr-Ta、Co-Cr-Pt、Co-Cr-Ni-B、Co-P、Co-Ni-P，其它類似材料，它們的混合物和合金。其它金屬和合金包括例如PtMn、Cu、Ru、Rh、Ta、CoPt、CoCuPt、Au等。對磁光盤，基底可以是一種或多種稀土元素和一種或多種過渡金屬，例如，TbFeCo、GdFeCo、TbFeCoZr、DyFeCo和GdDyFeCo。
圖2所示為沉積在基底202上的富勒烯分子204的多層涂層200。如前面Dykes等人申請中所述，基底202是一種金屬或半導(dǎo)體基底，在沉積富勒烯分子之前它基本上沒有污染物。單層富勒烯分子層的底部牢固地結(jié)合在基底202的表面206上。例如，富勒烯與基底的吸引強(qiáng)度至少約為35千卡/摩爾，通常大于約40千卡/摩爾。富勒烯至基底的單層的解吸溫度高于約625K，一般高于約700K(約425℃)。相反，富勒烯-富勒烯的鍵合較弱，顯示的解吸溫度約為500-570K(225-300℃)。
圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，使用束流源250，它能夠發(fā)出束流252，如高能光子(在激光束或其它強(qiáng)光情況)、電子(在電子束情況)或惰性離子(離子束情況)。源250產(chǎn)生的束流252具有足夠的能量，能激發(fā)基底202表面上的富勒烯分子至足以斷裂多層涂層200的富勒烯-富勒烯分子間鍵，但是不足以斷裂富勒烯與基底的締合/鍵合。這些光子、電子或離子傳遞的是非反應(yīng)性量的能量，不會使富勒烯分子分解，也不會引起它們以其它形式發(fā)生反應(yīng)。能量密度也足夠低，使得能量通量引起的局部加熱不過分。基底表面一般加熱至低于約200℃溫度，在其它實(shí)施方案中，低于約150℃，在有些實(shí)施方案中不高于100℃。束流的確切參數(shù)取決于束流的能量、通量和持續(xù)時(shí)間，也取決于束流與基底上富勒烯晶格的角度θ。在較好實(shí)施方案中，將束流252聚焦在多層的一個(gè)小區(qū)域上，使束流的熱量通過基底發(fā)散熱至一受熱器或冷卻劑，從而不會將基底加熱至受損的程度。具體而言，當(dāng)基底是會受到升溫不利影響的物體如某些磁頭的一部分時(shí)，選擇束流的能量和尺寸，使熱量通過基底發(fā)散除去，而不會損害基底。
可以按照箭頭254所示的方向以一條條的方式移動束流252，使束流最終撞擊多層涂層整個(gè)露出的表面或相關(guān)部分?？衫么讼鄬\(yùn)動，使束流與基底的一些選定部分接觸。在有一些情況下，束流發(fā)生器250相對于基底運(yùn)動。在另一些情況下，相對于束流發(fā)生器移動基底202更為方便，尤其當(dāng)基底相對于束流可以改變，再次定位置以便在基底上相繼一條條地沉積時(shí)。束流使富勒烯-富勒烯的分子間鍵斷裂，從而減少多層富勒烯涂層至單層富勒烯涂層。
在一些較好實(shí)施方案中，形成單層的過程可以在清潔基底表面和沉積富勒烯的同一真空室內(nèi)進(jìn)行。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是保持基底潔凈和處于無氧氣氛中。另外，保持基底處于真空可減少束流被氣氛氣體的散射，因而相應(yīng)地減少形成單層過程效率的降低。真空還可以避免從表面上解吸的富勒烯再凝聚回到表面上。而且，形成單層的過程可以在室溫下進(jìn)行。束流的能量和持續(xù)時(shí)間應(yīng)足以使富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，但不會對富勒烯與基底的締合/鍵合產(chǎn)生不良影響。
若用激光束，應(yīng)調(diào)節(jié)激光的頻率和操作，避免激活富勒烯分子。例如，在某些條件下，紫外光范圍的激光能量會引起富勒烯分子分解成石墨；在其它條件下，在紫外光范圍的激光會產(chǎn)生高級的富勒烯。如果采用這些條件，必須使激光頻率在低于紫外光范圍，即采用可見光和紅外光范圍的激光。而在其它操作條件(激光溫度、壓力、脈沖等)下，紫外光范圍的激光能量會斷裂富勒烯-富勒烯的分子鍵，而不會不良地影響富勒烯與基底的締合/鍵合，能獲得良好的結(jié)果。在這些條件下，使用在紫外光范圍的激光進(jìn)行操作時(shí)是可取的。
在一些較好實(shí)施方案中，激光或其它光源在光譜的可見光或紅外光部分操作?？梢哉{(diào)節(jié)光強(qiáng)和光束的尺寸，產(chǎn)生所要求的解吸速率以達(dá)到單層外富勒烯，同時(shí)保持基底整體溫度在要求的溫度?？梢詫⒒着c一冷卻系統(tǒng)如帶有封閉冷卻盤管的循環(huán)液浴接觸或用惰性氣體吹掃基底來對其冷卻。
在另一些實(shí)施方案中，使用電子束來除去過量的富勒烯。電子束的能量一般應(yīng)小于約1千伏，更好的約為250-25伏。電子束的電流一般約為0.01-0.2安培，一些實(shí)施方案中約為0.05-0.2安培。電子束的性質(zhì)，尤其是其電流可根據(jù)束流的大小和對表面掃描的速度來進(jìn)行選擇。要選擇電子束的性質(zhì)，使鄰近基底表面的富勒烯單層在除去附加富勒烯層時(shí)不會受到破壞。
若使用離子束，離子能量和束流的通量應(yīng)足夠低，以避免分解富勒烯或形成高級的富勒烯分子。例如，通過用能導(dǎo)致分子離子化的高能電子來轟擊分子流，產(chǎn)生離子束。使用電極使產(chǎn)生的離子投射到基底表面上。一些實(shí)施方案中，加速電壓應(yīng)在約100-300伏特之間，但在有些情況下電壓可以高達(dá)3.0千伏。通常，離子束的密度在0.05-5.0mA/cm2，但該密度會部分地受到其它操作參數(shù)(壓力、溫度等)的影響。應(yīng)當(dāng)避免采用過高能量的離子束，因?yàn)橛蟹纸飧焕障┑奈ｋU(xiǎn)。
有一些實(shí)施方案中，可使用氣體簇離子束，此時(shí)使用具有約為富勒烯分子的原子質(zhì)量的離子簇。具體而言，C60富勒烯分子的原子質(zhì)量單元(AMU))為720。大多數(shù)離子具有明顯更小的AMU(例如，氬離子的AMU為40)。通過使用簇集化離子的束流，就可以使用約為富勒烯分子質(zhì)量的簇向多層富勒烯涂層注入能量，從而使多層的富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，在金屬或半導(dǎo)體基底表面上形成單層富勒烯。可通過超聲噴嘴使惰性氣體如氬氣膨脹，來形成簇。通過噴嘴膨脹時(shí)的冷卻就引起簇的形成。在簇形成以后使用電子束或電弧來形成簇離子束。在另一個(gè)實(shí)施方案中，富勒烯分子本身可以加以離子化來形成富勒烯離子束。
在有一些實(shí)施方案中，束流以角度θ投向基底202的表面206，使涂層上層的富勒烯晶體結(jié)構(gòu)的富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂?？梢赃x擇該角度來控制在基底上的束流密度，或使富勒烯運(yùn)動，尤其在離子束的情況。例如，可采用相對于表面束流角度約為25°至75°，或在其它實(shí)施方案中，約為40°至65°。在濺射/離子銑的一般情況中以及在此情況中，角度的選擇涉及諸多因素(如除去效率和僅要除去的材料的選擇去除)的綜合。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，束流應(yīng)該不除去單層。較高能量的束流會有較大的掠射角。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在調(diào)節(jié)束流能量合投射的同時(shí)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)來選擇較好的角度。
圖4所示為一完整的基底200，其表面206上沉積有單層富勒烯C60。通過采用激光束或離子束技術(shù)，由多層形成單層C60，而不會加熱基底202到引起損害的程度。這一特征對涂布不能承受加熱至225-300℃的解吸溫度的滑觸頭、磁頭和其它器件特別有利。
在第二個(gè)實(shí)施方案中，代替使用束流發(fā)生器產(chǎn)生束流來使富勒烯分子間鍵斷裂，是使用溶劑如己烷、甲苯、苯、四氯化碳、二硫化碳或它們的混合物來溶解掉多層涂層200的上層，產(chǎn)生如圖4所示的單層210。在溶劑與富勒烯接觸時(shí)，可以使用一超聲換能器，來超聲攪拌溶劑。當(dāng)基底具有不規(guī)則形狀時(shí)，超聲攪拌尤其有用。選擇溶劑以及其與涂覆有富勒烯的物體的接觸時(shí)間，來除去上層的富勒烯，在基底上留下單層富勒烯分子。較好的是，溶劑為揮發(fā)性，可使殘留的溶劑蒸發(fā)。此方法宜在低于100℃的溫度，最好在室溫下進(jìn)行。結(jié)果，其上形成富勒烯的基底不會處于使基底或由基底形成的物體受損的溫度。因此，這種方法特別適用于在磁盤驅(qū)動器中用的磁頭和磁頭-滑觸頭上形成單層富勒烯。
數(shù)據(jù)存儲磁盤的表面還可以在富勒烯保護(hù)層上有一層潤滑層。合適的潤滑層包括聚合物，例如氟化聚合物，如全氟聚醚和其衍生物。合適的全氟聚醚包括例如，F(xiàn)omblinZ-60(平均分子量(AMW)＝約60,000原子量單位(AMU)即道爾頓)、FomblinZ-25(AMW＝約25,000AMU)和Fomblin Z-15(AMW＝約l5,000AMU)。由Montedison(Ausimont)S.P.A.，Milan，Italy制造的Fomblin全氟聚醚具有CF3(CF2CF2)n(CF2O)mCF3分子式，可以改變式中n和m來得到特定平均分子量的特定產(chǎn)品。
在一些特別好的實(shí)施方案中，磁頭表面和磁盤表面都有單層富勒烯。由于富勒烯分子間較弱的相互作用，涂有富勒烯的磁頭不會強(qiáng)烈附著在涂有富勒烯的基底上。對這些實(shí)施方案，不需要在基底表面上有潤滑層來獲得要求的摩擦性能。
本發(fā)明涉及在基底上形成涂層的方法。在基底200上先沉積多層富勒烯涂層200，然后除去多層涂層的一些層，在基底上留下約為單層的涂層210。
在有一些實(shí)施方案中，調(diào)節(jié)束流發(fā)生器250產(chǎn)生束流252，該束流能使得多層涂層的富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，但不足以使涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂。使束流向多層涂層投射，使富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂。束流發(fā)生器的例子包括離子束流發(fā)生器、電子束發(fā)生器和激光發(fā)生器。
在其它實(shí)施方案中，在多層涂層上施用溶劑來形成單層富勒烯分子。溶劑的強(qiáng)度應(yīng)足使多層涂層的富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，但是不足以使涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂，從而將未結(jié)合在基底上的富勒烯溶解于溶劑中。溶劑選自己烷、甲苯、苯、四氯化碳、二硫化碳以及它們的混合物。
盡管是就磁性物體如磁盤或磁光盤驅(qū)動器的磁頭/滑觸頭和磁盤用的保護(hù)層描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，對其它器件也能實(shí)施本發(fā)明，包括但是不限于在驅(qū)動器的主軸和音圈馬達(dá)的軸承上，以及采用涂布和潤滑技術(shù)的其它系統(tǒng)，尤其是要求超薄涂層的系統(tǒng)上。
可以理解，在前面的描述中已經(jīng)闡述了本發(fā)明各實(shí)施方案的許多特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明各實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，但這些描述僅為說明性的，可以在細(xì)節(jié)上進(jìn)行變動，尤其是涂層的結(jié)構(gòu)和排列以及去除多層涂層的方式，并保持在本發(fā)明權(quán)利要求書所表述的廣義表示的全部范圍的原則。例如，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神條件下，具體的細(xì)節(jié)可根據(jù)保護(hù)涂層的具體用途改變，而仍保持基本相同的功能。因此，雖然是結(jié)合富勒烯涂層描述了本發(fā)明，但可以以各種方式如機(jī)械或化學(xué)的方式來減少多分子層涂層成為單層涂層，同時(shí)不會不利地升高涂布物體的溫度。而且，雖然是結(jié)合C60富勒烯描述了本發(fā)明，此原則可完全應(yīng)用于其它高級富勒烯，如C76、C78、C84、C90、C94、C96和任何其它富勒烯或具備富勒烯類性質(zhì)的分子。盡管在此描述的本發(fā)明涉及獲得單層涂層的具體方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明揭示的內(nèi)容可應(yīng)用于形成受控的多層涂層，只要不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種在基底上形成涂層的方法，該方法包括下列步驟a)除去多層富勒烯涂層中的一些層，在基底上留下大約為單層的富勒烯分子涂層，要在基底溫度保持在不超過約200℃時(shí)除去富勒烯。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從多層富勒烯涂層中除去富勒烯時(shí)，所述基底保持在不超過150℃的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從多層富勒烯涂層中除去富勒烯時(shí)，所述基底保持在不超過100℃的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從多層富勒烯涂層中除去富勒烯的步驟包括a1)調(diào)節(jié)束流發(fā)生器產(chǎn)生束流，該束流安排成能使多層涂層中的富勒烯-富勒烯分子間鍵斷裂，但是不足以使涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂，a2)將所述束流投射到多層涂層上，斷裂富勒烯-富勒烯分子間鍵。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述束流發(fā)生器是離子束流發(fā)生器。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述束流發(fā)生器是氣體簇離子束流發(fā)生器。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述束流發(fā)生器是激光束發(fā)生器。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述激光束發(fā)生器產(chǎn)生的激光頻率小于紫外光頻率范圍。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述束流發(fā)生器是電子束流發(fā)生器。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟a2)包括使束流以銳角投射到基底上。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述角在40°-65°之間。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟a2)包括將束流聚焦，使得束流撞擊在較小基底面積上的涂層，iii)相對于基底移動束流發(fā)生器，使得束流連續(xù)地撞擊基本上全部露出的多層涂層。
13.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟a2)包括i)將束流聚焦，使得束流撞擊在較小的基底面積上的涂層，ii)相對于基底移動束流發(fā)生器，使得束流連續(xù)地撞擊多層涂層的一些選擇部分。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述基底由選自金屬、半導(dǎo)體或它們的組合的材料制成。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述基底由選自下列的材料制成Co-Ni、Co-Cr、Co-Ni-Cr、Co-Pt、Co-Ni-Pt、Co-Cr-Ta、Co-Cr-Pt、Co-Cr-Ni-B、Co-P、Co-Ni-P、PtMn、Cu、Ru、Rh、Ta、CoPt、CoCuPt、Au、稀土元素、過渡金屬以及它們的混合物或合金。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于富勒烯分子以相等于富勒烯單層解吸溫度至少約700K的鍵強(qiáng)度結(jié)合在涂層表面上。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于富勒烯是C60。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從多層富勒烯涂層除去富勒烯的步驟包括a1)在多層涂層上施用富勒烯溶劑一段時(shí)間，該時(shí)間足以斷裂多層涂層中富勒烯-富勒烯分子間鍵，但不足以斷裂涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合的時(shí)間，從而溶解掉涂層中未結(jié)合到基底的富勒烯，a2)除去溶劑。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于在不超過150℃的條件下對多層富勒烯涂層施用溶劑。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述溶劑選自己烷、甲苯、苯、四氯化碳、二硫化碳和它們的混合物。
全文摘要
在基底(202)上沉積富勒烯分子的多層涂層(200)，除去多層涂層中的一些層，在基底上留下大約為單層的富勒烯涂層。一些實(shí)施方案中，一種束流發(fā)生器(250)如離子束、電子束或激光束的發(fā)生器產(chǎn)生束流(252)，該束流安排成使得多層涂層的富勒烯－富勒烯分子間的鍵合斷裂，但不足以使涂層的富勒烯與基底的締合/鍵合斷裂。將此束流(252)投射到多層涂層(200)上，斷裂掉富勒烯－富勒烯分子間的鍵合。在其它實(shí)施方案中，是在多層涂層上施用溶劑來斷裂多層涂層的富勒烯－富勒烯分子間鍵，形成單層富勒烯分子。
文檔編號G11B7/12GK1464916SQ01812239
公開日2003年12月31日 申請日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月1日
發(fā)明者J·W·赫恩, J·W·戴克斯, J·E·安杰洛, W·D·莫斯利, R·T·格林利, B·W·卡爾 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司