DE3781780T2

DE3781780T2 - Vorrichtung und verfahren zum abschneiden von diamant.

Info

Publication number: DE3781780T2
Application number: DE8787116337T
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Anthony; Robert Charles Devries
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2007-11-06
Also published as: EP0272418A3; IL84526A; BR8706982A; DE3781780D1; JPS63182297A; AU8195187A; AU598611B2; IL84526A0; JPH0472798B2; ATE80672T1; EP0272418B1; ZA877921B; EP0272418A2; KR880007362A; KR960000063B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Abscheiden bzw. Kondensieren von Diamant und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung für die Verwendung in der Produktion von Diamantkristallen als Kodensat aus einer Wasserstoff- Kohlenwasserstoff-Gasmischung auf einem Substrat.
Diamant ist ein Mineral, das gewöhnlich aus nahezu reinem Kohlenstoff in Kristallform besteht. Es ist die härteste natürliche bekannte Substanz und findet eine breite Anwendung nicht nur als ein Edelstein für Juwel- Anwendungen, sondern auch industriell als ein Metallschneidwerkzeug oder Werkzeugeinsatz und in kleiner Partikelform als ein Schmiergel- oder Schleifmaterial für Metall.
Es ist bekannt, daß bei sehr hohen Drucken und Temperaturen Graphit in der Gegenwart von gewissen Katalysatormetallen umgewandelt oder veranlaßt werden kann, einen Übergang von der Graphit oder keinen Diamanten darstellenden Kohlenstoff-Materialform in die Diamantform von Kohlenstoff zu durchlaufen (US-A-2,947,610).
Es ist auch bekannt, daß Diamantform von Kohlenstoff aus einem Gasplasma mit hohem Kohlenstoffgehalt auf einem Substrat kondensiert (US-A-4,434,188). Das letztgenannte Verfahren wird gewöhnlich als ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD) bezeichnet. Zwar hat das CVD Verfahren eine Anzahl hervorragender Vorteile zur Diamantproduktion, seine Diamantproduktion bezüglich der Masse ist jedoch recht klein, und dieses Merkmal schränkt seine Verwendung als ein kommerzielles Werkzeug zur Diamantherstellung ein.
Die Chemicals Abstracts, Band 103, Nr. 22, Dezember 1985, Seite 123, Abstrakt Nr. 180319n und JP-A-60118694 offenbaren ein Verfahren für die Synthese von Diamanten, das die Einführung einer Gasmischung von Kohlenwasserstoff und H&sub2; in einen Ofen und eine Abscheidung von Diamant beinhaltet durch Aktivieren der Gasmischung mit einem heißen Glühfaden und in dem gleichzeitig ein Plasma hervorgerufen wird durch Verwendung einer Frequenz von 13,56 MHz.
Die Patent Abstracts von Japan, Band 7, Nr. 277 (C-199) [1422], 9. Dezember 1983 und JP-A-58156594 offenbaren ein Verfahren zum Aufbringen eines Hartdiamantfilms auf ein Substrat durch Einführen einer gasförmigen Mischung von Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff in ein geschlossenes Metall, das ein erwärmtes Substrat enthält, und Erwärmen des Gases mit einem rotglühenden Metalldraht und indem gleichzeitig ein Plasma in dem Gas erzeugt wird. Das Plasma wird durch die Verwendung einer HF bzw. RF Spule hervorgerufen.
Es ist demzufolge eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Diamantherstellung und ein verbessertes CVD Verfahren mit hoher Ausbeute dafür zu schaffen.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Steuerung einer Diamantproduktion in einem CVD Verfahren zu schaffen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit der folgenden detaillierten Beschreibung gesehen werden, wenn diese im Zusammenhang mit den Zeichnungen gelesen wird.
Figur 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Einrichtung, die für die Ausführung der Erfindung verwendbar ist.
Figur 2 ist eine teilweise geschnittene Ansicht von oben auf die Einrichtung gemäß Figur 1 und ihre zugeordneten Komponenten, die für Ausführung der Erfindung verwendbar sind.
Figur 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Figur 1, wobei eine zusätzliche elektrische Widerstandsheizspule und auch eine unterschiedliche Anordnung für eine Gaszufuhr vorgesehen sind.
Figur 4 isi ein Fließbild der Gasströmungskomponenten, die Gase in die Reaktionskammer gemäß den Figuren 1 und 3 einführen.
Figur 5 ist ein Kurvenbild und stellt das Diamantwachstum in Bezug auf die Zeit bei der Ausführung der Erfindung dar.
Gemäß der Erfindung wird ein Gasgemisch aus Wasserstoff und einem Kohlenwasserstoffgas über einen erhitzten Metallfaden neben einem Substrat geleitet. Die Gasmischung in der Nähe des Substrats wird kontinuierlich elektromagnetischer Mikrowellenenergie ausgesetzt, um ein leuchtendes Gasplasma zu werden, aus dem Diamant auf dem Substrat abgeschieden wird. Der Metallfaden und das Substrat werden auch kontinuierlich elektromagnetischer Mikrowellenenergie ausgesetzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Mischung aus Wasserstoffgas und einem Kohlenwasserstoffgas, Methan, in eine Reaktionskammer eingeführt, wo die Gasmischung über einen elektrischen Widerstands-Metallheizfaden gleitet und gleichzeitig Mikrowellenenergie ausgesetzt wird, um ein leuchtendes Gasplasma neben einem Substrat zu bilden. Das leuchtende Gasplasma enthält eine signifikante Menge von atomarem Wasserstoff und wird veranlaßt, mit dem Substrat in Kontakt zu kommen, um eine erhöhte Ausbeute von Diamanten, aus dem Gasplasma, auf dem Substrat abzuscheiden.
In Figur 1 sind eine Einrichtung und ihre Komponenten gezeigt, die bei der Ausführung der Erfindung verwendbar sind. Die Einrichtung gemäß Figur 1 enthält eine Reaktionskammer, die, gemäß einem Ausführungsbeispiel, ein Quarzrohr 10 ist, ein Material, das so gewählt ist aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit, seiner geringen Reaktanz in Bezug auf die Gase die gemäß dieser Erfindung verwendet werden, und seine Durchlässigkeit in Bezug auf Mikrowellenstrahlung. In dem Rohr 10 befinden sich vier einen kleinen Durchmesser aufweisende, parallele, hochwarmfeste Metallstäbe 11 (zwei sind nicht gezeigt), die im Abstand zueinander in dem Rohr 10 in einer quadratischen Konfiguration angeordnet sind, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stäbe 11 Molybdänmetallstäbe mit einem Durchmesser von 6,35 mm (1/4 Zoll).
Eine elektrische Widerstandsheizspule oder ein Glühfaden 12 ist in dem Rohr 10 nahe seinem geschlossenen Ende 13 durch zwei diagonal gegenüberliegende Stäbe 11 gehaltert, während ein Substrat 14 in der Rohr 10 durch das andere Paar von diagonal gegenüberliegenden Stäben 11 gehaltert ist. Eine Ansicht von oben der Stäbe 11, der Heizspule 12, des Substrats 14 und ihrer Anordnung ist in Figur 2 gezeigt. Gemäß Figur 2 enthält dsa Quarzrohr 10 die vier parallelen Molybdänstäbe 11 in einer quadratischen Konfiguration, wobei zwei gegenüberliegende Stäbe die transversale Heizspule 12 haltern, während die anderen zwei gegenüberliegenden Stäbe das Substrat 14 halten.
Gemäß den Figuren 1 und 2 umschließt ein großes Teil 15 mit einer Mikrowellenkammer das Rohr 10 mit den Molybdänstäben 11, der Heizspule 12 und dem Substrat 14 darin. Eine mehr funktionale Darstellung der Heizspule 12 und des Substrates 14 ist in Figur 3 gezeigt.
Gemäß Figur 3, die eine Ansicht von Figur 2 entlang der Linie 3-3 darin it, haltern zwei gegenüberliegende Molybdänstäbe 11 die Heizspule 12 dazwischen. Die anderen zwei Stäbe 11 haltern eine zusätzliche Heizspule 12' dazwischen, um das Substrat 14 zu erhitzen. Der nächstgelegene oder vorderste Stab ist aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt. Elektrische Kontaktmittel, insbesondere für die Spule 12 (und ähnlich für Spule 12'), enthalten Schrauben 16 und 17, die in die Enden der Molybdänstäbe 11 geschraubt sind, um die Leiter 18 bzw. 19 der Heizspule 12 in Öffnungen 18' und 19' in den Molybdanstäben 11 zu ergreifen. Die Molybdänstäbe 11 sind mit einer elektrischen Spannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, so daß ein elektrischer Strom von dem einen Stab 11 durch die Spule 12 oder 12' zu einem gegenüberliegenden Stab 11 fließt. Durch diese Einrichtung können die elektrischen Widerstandsheizspulen 12 und 12' auf Temperaturen von nehr als 2000ºC erhitzt werden.
Ein Gaseinlaßrohr 20 aus Quarz ist mit einer Quelle von Wasserstoff und einem Kohlenwasserstoffgas verbunden und endet neben der Heizspule 12, wie es in Figur 3 gezeigt ist, oder kann zentral und vertikal in dem Rohr 10 angeordnet sein, um mit seinem offenen Ende neben dem geschlossenen Ende 13 des Rohres 10 zu enden, wie es in Figur 1 dargestellt ist. In Figur 1 ist das Quarzrohr 10 konzentrisch abgedichtet mit einem Dichtungsring 21 in einer gasdichten Relation. Der Dichtungsring 21 ist seinerseits mit dem Kammerteil 15 in einer gasdichten Relation abgedichtet. Eine Abgasleitung 22 ist mit dem Ring 21 in einer gasdichten Relation abgedichtet durch eine Ringdichtung 23, die zwischen dem Ring 21 und einem Flansch 24 der Leitung 22 angeordnet ist. Die Leitung 22 dient als eine Abgasleitung, um das Gas herauszuführen, das neben dem geschlossenen Ende 13 durch die Einlaßleitung 20 in das Rohr 10 eingeführt worden ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Gasgemisch von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffgas in das Rohr 10 durch das Gaseinlaßrohr 20 eingeführt. Die Gasmischung strömt über die Heizspule 12, die dann durch den Durchfluß von elektrischem Strom auf über 2000ºC erhitzt worden ist, und trifft auf das Substrat 14, auf dem eine Diamantform von Kohlenstoff aus dem Gas abgeschieden wird. Es wurde gefunden, daß die Verwendung von Mikrowellenenergie gleichzeitig mit der Verwendung einer Hochtemperaturspule 12 für eine markante Verorößerung der Wachstumsgeschwindigkeit in der Massenausbeute von Diamantkristallen und auch für eine Vergrößerung in der Kristallgröße sorgt. Beispielsweise erzeugt Mikrowellenenergie alleine eine Diamantgröße von weniger als einen halben Mikrometer pro Stunde. Die Verwendung einer Hochtemperaturspule alleine sorgt für eine Diamantwachstumsgeschwindigkeit von einem Mikrometer pro Stunde. Wenn sie jedoch gemeinsam verwendet werden, sorgen Mikrowellenenergie in Verbindung mit einer erhitzten Spule synergistisch Diamantwachstumsgeschwindigkeiten von 10 bis 20 Mikrometer pro Stunde.
Mikrowellenenergie wird zweckmäßigerweise durch einen elektromagnetischen Mikrowellengenerator 25 geliefert, wie er in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.
Gemäß Figur 1 kann der elektomagnetische Mikrowellengenerator 25 die Form einer bekannten Vorrichtung haben, die üblicherweise als ein Magnetron bezeichnet wird. Der elektromagnetische Mikrowellengenerator 25 ist so gezeigt, daß er an der einen Seite der Kammer 15 befestigt ist, die als eine Mikrowellenkammer bezeichnet wird und aus Materialien aufgebaut ist, die Mikrowellenenergie reflektieren und nicht durchlassen. Die Kammer 15 umschließt die Struktur gemäß Figur 1, vorwiegend das Rohr 10 und seine Inhalte. Um die Mikrowellenenergie in die Kammer 15 zu fokussieren, wird ein Mikrowellenreflektor 26 verwendet. Der Reflektor 26 ist ein parabolischer Aluminium-Reflektor mit einem Stellstab 27, der daran befestigt ist und aus der Kammer 15 herausführt. Während der Durchführung der Erfindung wird die Heizspule 12 gespeist, so daß die Gasmischung über die heiße Oberfläche der Heizspule 12 strömt. Anschließend wird der Mikrowellengenerator 25 gespeist, um Mikrowellenenergie in die Kammer 15 einzuführen. Der Reflektor 26 ist so eingestellt, daß Mikrowellenenergie in dem Rohr 10 in dem allgemeinen Bereich (Figur 3) des Endes des Gaseinlaßrohres 20, der Spule 12 und des Substrates 14 fokussiert wird. Das Gas wird veranlaßt, ein Plasma zu werden mit einem hohen Grad an Lumineszenze neben dem Substrat 14. Eine signifikante Menge an atomarem Wasserstoff wird in der Gasströmung gebildet, und es wird geschätzt, daß etwa 50 Prozent des Gases neben der Hochtemperaturspule atomarer Wasserstoff ist. Diamanten können gemäß der Ausführung dieser Erfindung erzeugt werden unter Verwendung der Heizspule allein oder des elektromagnetischen Wellengenerators allein für eine Diamantproduktion. Jedoch werden gemäß der Erfindung eine stark erhöhte Produktionsausbeute und Kristallgröße erhalten, wo eine gleichzeitige Verwendung der Wolfram-Heizspule 12 und des elektromagnetischen Wellengenerators 25 als Energiequellen für einen kombinierten vorteilhaften Effekt auf die Gasmischung erfolgt. Beispielsweise sorgt die Heizspule für eine sehr heiße Oberfläche in unmittelbarem Kontakt mit der Gasmischung, um solche Reaktionen in der Gasmischung zu unterstützen, die die Konzentration des Kondensats zu vergrößern versuchen, das auf dem Substrat abgeschieden wird. Die Mikrowellenenergie erzeugt ein Plasma in dem Gas, das eine signifikante Menge von atomarem Wasserstoff enthält, und stimuliert das Kondensat zu einem hochaktiven Zustand unmittelbar vor der Abscheidung von Diamant aus der Gasphase. Die kombinierte Stimulation des Gases durch ein heiße Oberfläche und durch Mikrowellenenergie direkt neben dem Substrat und auch die direkte Stimulation des Substrats und der heißen Oberfläche durch Aufprall von Mikrowellenstrahlung führt zur vorteilhaften Diamantabscheidung aus der Gasphase. Der beschriebene Zustand resultiert in der maximalen Ausnutzung jeder Stimulation in Kombination und ohne signifikanten Verlust oder Zerstörung unmittelbar vorhergehender Diamantabscheidung.
Da die Spule 12 und der Mikrowellengenerator 25 gleichzeitig gespeist werden, wird die Gasmischung, die mit der Spule 12 in Kontakt kommt, gleichzeitig einer Mikrowellenstimulation und Wärmeenergiestimulation ausgesetzt. Die Kristallgröße pro Diamantkristall, die mit nur einer Fadenheizeinrichtung, wie beispielsweise der Heizspule 12, oder nur einem Mikrowellengenerator, wie beispielsweise dem Generator 25, gebildet wurde, betrug etwa 10 Mikrometer oder weniger in der größten Abmessung, wogegen mit kombinierter Mikrowellenenergie und Wärmeenergie aus der Spule 12 Kristallgrößen von mehr als 100 Mikrometer erhalten wurden. Unter verlängerten Bedingungen von kombinierter Mikrowellen- und Wärmeenergie sind Diamantkristalle von 180 Mikrometer in ihren längeren Abmessungen gebildet worden.
Diamantwachstumsgeschwindigkeiten zeigen ebenfalls eine starke Erhöhung mit der kombinierten Verwendung der Spule 12 und des Mikrowellengenerators 25. Mit der Spule 12 oder dem Mikrowellengenerator allein sind die Diamantwachstumsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 1 Mikrometer pro Stunde oder weniger. Wenn die Spule 12 und der Mikrowellengenerator 25 in Kombination verwendet werden, werden Diamantwachstumsgeschwindigkeiten von sogar 20 Mikrometer pro Stunde erreicht.
Beste Ergebnisse wurden bei der Ausführung der Erfindung erzielt, wenn das verwendete Gas eine Mischung von Wasserstoff und einem Kohlenwasserstoffgas war.
Wasserstoffgas war 99,9 Prozent rein, um solche Verunreinigungen auszuschließen, die in die auftretende Reaktion eingreifen und diese beeinträchtigen könnten, oder Verunreinigungen, die in den Diamantkristall eintreten könnten, der auf dem Substat abgeschieden werden. Methangas wurde als Kohlenwasserstoffgas gewählt, da es leicht verfügbar und ökonomisch ist und einen hohen Kohlenstoffgehalt hat. Es können jedoch auch andere Gase mit einem hohen Kohlenstoffgehalt bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden, wobei Azetylengas als ein Beispiel genannt sei. Es können auch gewisse Gase verwendet werden, die während der Aussetzung gegenüber der heißen Oberfläche der Spule 12 und auch der Mikrowellenenergie ein Gas mit einem hohen Kohlenstoffgehalt bilden können oder eine reiche Wasserstoffquelle bilden.
Bei der beschriebenen Gasmischung ist es bevorzugt, daß Wasserstoff wenigstens etwa 95 Vol.-Prozent der Mischung und das Kohlenwasserstoffgas weniger als 5 Prozent der Mischung bilden. Ein bevorzugte Mischung enthält etwa 98 Prozent Wasserstoff und etwa 2 Prozent Kohlenwasserstoffgas, wie beispielsweise Methan.
Die Heizspule 12 ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Die Spule ist ein elektrischer Widerstandsheizfaden, der eine Temperatur von mehr als etwa 2000ºC ohne eine übermäßige Verschlechterung über der Zeit des Prozeßzyklus aushält. Normalerweise dient eine Spule aus Wolframmetall in angemessener Weise diesen Zwecken. Eine Wolframspule, deren Temperatur etwa 2000ºC beträgt, reagiert jedoch mit dem Kohlenwasserstoffgas, um Wolframkarbid zu bilden. Das Volumen von Wolframkarbid ist größer als das von metallischem Wolfram und bewirkt Expansionsrißbildung und mechanische Fehler des Fadens. Um das Probelm zu überwinden und für die Verwendung von Wolfram als ein vorteilhaftes Material für die Spule zu sorgen, wurde ein Konditionierverfahren verwendet. In diesem Verfahren wird eine Wolframspule 12 relativ langsam auf eine Temperatur von etwa 2000ºC in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffgas erhitzt, woran sich eine konstante Temperatur von etwa 2000ºC für etwa 30 Minuten anschließt. Die langsame Erhitzung und eine konstante erhöhte Temperatur führt zur Bildung eines Überzuges oder einer Schicht von Wolframkarbid auf der Spule 12. Der Überzug oder die Schicht schützt den Rest der Spule vor einer Defekte erzeugenden Karbidbildung.
Bei der Ausführung der Erfindung war die Heizspule 12 eine wendelförmig gewickelte Spule, die aus Wolframdraht gebildet war, der im Handel mit Wolfram 218 bezeichnet wird. Ein Charakteristikum von Wolframdraht 218 ist, daß die Kristall- oder Kornstruktur säulenförmig ist und sich longitudinal in dem Draht erstreckt. Demzufolge erzeugt die Bildung von Wolframkarbid entlang der Kornstruktur mit geringerer Wahrscheinlichkeit einen Bruch des Drahtes, als es bei einer Bildung von Wolframkarbid entlang einer lateralen Kornstruktur der Fall sein würde. Der Drahtdurchmesser betrug 0,508 mm (0,02 Zoll). Die axiale Länge der Spule 12 betrug 38,1 mm (1,5 Zoll) einschließlich der Leiter 18 und 19. Der Helixabschnitt der Spule 12 war 19,5 mm (0,75 Zoll) lang mit 18 Windungen. Der Spulendurchmesser (1D) betrug 3,175 mm (0,125 Zoll).
Während die jeweilige Größe der Spule 12 nicht kritisch zu sein schien, wurde gefunden, daß viel größere Drahtdurchmesser und auch Helixdurchmesser eine erhöhte Abscheidung von nicht-diamantförmigem Kohlenstoff auf dem Substrat 14 zur Folge haben scheint, was durch eine zu hohe Gastemperatur bewirkt sein kann.
Das Substrat 14 ist eine wichtige Komponente der Erfindung. Auf das Substrat 14 prallen das heiße Gas in dem Rohr 10 und die Mikrowellenstrahlung auf, und für dieses Substrat wird ein Material ausgewählt, das gegenüber hohen Temperaturen und den verwendeten Gasen beständig ist. Ferner wird während der Ausführung der Erfindung kontinuierlich Kohlenstoff in das Substrat 14 diffundiert, eine Diffusion, die für die Diamantabscheidung nicht förderlich gefunden wurde. Demzufolge ist ein Material bevorzugt, das gegenüber den hohen Temperaturen beständig und weniger reaktiv ist gegenüber der Heißgasumgebung. Ein bevorzugtes Material ist ein hochwarmfestes Metall, wie beispielsweise Molybdän, im Vergleich zu Eisenmetallen. Unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens reagiert ein hochwarmfestes Metall, wie beispielsweise Molybdän, mit dem heißen Gas, um darauf eine schützende Karbidschicht zu bilden, die gegenüber Kohlenstoffdiffusion hoch beständig ist.
Beständig gute Resultate wurden erhalten, wenn das Substrat 14 einen Abschnitt aus Molybdänfolie enthält. Molybdän scheint für die Diamantabscheidung gemäß der Erfindung förderlich zu sein. Das Substrat 14 war in einem Abstand von etwa 8,128 mm (0,32 Zoll) unterhalb der Heizfadenspule 12 angeordnet.
Bei der Ausführung der Erfindung wurde gefunden, daß ein negativer Temperaturgradient in dem Gas zwischen der Spule 12 und dem Substrat 14 wünschenswert war. Bei einer Substrattemperatur etwas unterhalb der Temperatur der Spule 12 und kleiner als die umgebende Gastemperatur schien die Diamantabscheidung vorteilhafter zu sein. Die Diamantabscheidung wird begünstigt, wenn das zwischen dem Gaseinlaß 20 und dem Substrat 14 strömende Gas entlang einem negativen Temperaturgradienten abwärts strömt, um so das Gas zu kühlen und eine Übersättigung einer Kondensatspezies in dem Gas zu bewirken, die Diamantabscheidung und -wachstum erzeugt.
Die Erfindung sorgt für eine erweiterte Kontrolle über wichtige Parameter, wie beispielsweise Gasmischung, Temperatur der Spule 12 und Materialien und Temperaturen des Substrats 14, und eine Kontrolle über diese Parameter kann für abgeschiedene Diamanten mit vorbestimmten Charakteristiken sorgen. Wenn beispielsweise kleine Mengen eines zusätzlichen Gases, wie beispielsweise Diboran und Phosphin, in das Rohr 10 eingeführt werden, werden Bor- und Phosphoratome in den Diamantkristall inkorporiert, der dann elektrisch halbleitend wird. Das CVD Verfahren gemäß der Erfindung erleichtert die Hinzufügung von Atomen verschiedener Materialien in die Diamantkristallstruktur.
Es ist bei der kommerziellen Diamantherstellung wichtig, nicht nur eine erhöhte Massenausbeute zu haben, sondern auch eine verbesserte Gewinnung der Diamantkristalle zu haben. Bei der hier beschriebenen Erfindung werden Diamantkristalle auf einfache Weise von einer Molybdänfolie entfernt durch leichtes Kratzen und Biegen. Es wurde gefunden, daß Diamantkristalle vorzugsweise auf einer Molybdänfolie auf Graphitmarkierungen auf der Folie abgeschieden werden.
Ein Graphitsubstrat ist überraschenderweise förderlich für die Diamantabscheidung und das Diamantwachstum. Auch Bor, Borverbindungen und -legierungen, die gelöstes Bor enthalten, bewirken eine bevorzugte Abscheidung und ein Wachstum von Diamantkristallen relativ zu allen anderen Substratmaterialien. Ein Substrat, von dem Diamanten einfach entfernt werden, ist ein Kohlenstoffilamentsubstrat. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Substrat 14 eine lose gewickelte Kohlenstoffilamentmasse auf. Diese Masse sorgte für eine signifikante freiliegende Fläche für eine Diamantabscheidung, und wegen ihrer flexiblen Natur wurden Diamantkristalle einfach davon entfernt. Demzufolge kann ein verbessertes Substrat eine lose, wollähnliche Masse von nicht-gewebten Kohlenstoffasern bzw. -filamenten enthalten. Andere Substratmaterialien können ebenfalls die Art der darauf abgeschiedenen Diamantkristalle beeinflussen. Die folgende Tabelle I gibt die relativen Geschwindigkeiten von Diamant-Kernbildung und -Wachstum von verschiedenen Substratmaterialien an. Bor und borhaltige Verbindungen und Materialien ergeben die höchsten Wachstumsgeschwindigkeiten. Graphit und Metalle ergeben dazwischenliegende Wachstums- und Kernbildungsgeschwindigkeiten, während Oxide die kleinsten Diamant-Kernbildungs und -Wachstumsgeschwindigkeiten ergeben. Tabelle I Relative Diamant Wachstumsgeschwindigkeiten auf verschiedenen Substratmaterialien Material Relative Wachstumsgeschwindkeit Masse/Zeiteinheit Graphit
Beispielsweise ist eine glatte Bornitridoberfläche förderlich für eine Diamantkristallabscheidung und sorgt für eine glatte Schicht oder einen Überzug von Diamantkristallen auf ihrer freiliegenden Oberfläche.
Eine Laminat-Diamantstruktur kann ebenfalls durch die Erfindung hergestellt werden. Beispielsweise wurde gefunden, daß ein Diamantkristall ein Substrat ist, das für die Diamantkristallabscheidung gemäß der Erfindung förderlich ist. Ein größerer Diamantkristall mit einer glatten planaren Oberfläche kann als ein Substrat verwendet werden. Die Ausführung der Erfindung sorgt für einen äußerst glatten Film von epitaxial einkristallin abgeschiedenen Diamanten auf dem Substrat. Wenn dieses Diamantsubstrat in einer weiteren Ausführung der Erfindung mit der abgeschiedenen Filmschicht verwendet wird, die als eine Substratoberfläche freiliegt, wird eine weitere äußerst glatte, epitaxiale, einkristalline Diamantfilmschicht auf der ersten Schicht überlagert und ist mit gleicher Ausdehnung fest verbunden damit. Eine Wiederholung dieses Verfahrens liefert einen Laminat- Diamanten, der eine Sandwich-Struktur von einzelnen Diamantschichten aufweist, die aufeinander superpositioniert und fest miteinander verbunden (gebondet) sind. Ferner kann jede Schicht unterschiedliche Charakteristiken haben. Beispielsweise kann während des Verfahrens der Abscheidung der Schichten jede Schicht mit einem Material, wie beispielsweise Bor oder Antimon, dotiert werden, so daß jede Schicht unterschiedliche elektrische Halbleitercharakteristiken haben kann.
Verbundsubstrate, wie beispielsweise Molybdän oder Platin auf Siliziumdioxid, sind für eine Niederdrucksynthese von Diamant verwendet worden. Die wünschenswerten Eigenschaften, wie beispielsweise Wachtumsgeschwindigkeitsförderung und Wärmeleitung von Substratmaterialien, können kombiniert werden. Verbundsubstrate können so ausgelegt werden, daß sie für hohe Wachstumsgeschwindigkeit bei niedrigen Kosten sorgen. Zusätzlich können Verbundsubstrate verwendet werden mit direkter Substraterwärmung mit geeigneten Strömen und Spannungen. Verbundsubstrate können auch eine Diamanternte erleichtern.
Diamantkorn, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt ist, wurde verwendet zur Bildung von zementierten Diamant-Preßlingen, indem ein aktiviertes Wasserstoff- Kohlenwasserstoffgas über eine Schicht von Diamantpulver geleitet wurde. Eine Diffusion in die Pulverschicht und Diamantabscheidung zementiert die Masse zusammen. Es wurde gefunden, daß eine Verdichtung sich fortsetzt, bis Zwischenräume zwischen den Pulverpartikeln blockiert waren.
Eine Diamantschicht auf anderen Substraten als Diamant ist ein polykristalliner Diamantfilm oder -Überzug auf einem Substrat. Es scheint zwei Stufen in dem Diamantabscheidungsverfahren zu geben. In der ersten Stufe gibt es eine überfließende Kernbildung von diskreten Diamantkristallen aui dem Substrat. In der zweiten Stufe wachsen die diskreten Diamantkristalle, kollidieren und vereinigen sich mit benachbarten Kristallen, um die Schicht oder den Film zu bilden. Wenn ein Diamantlaminat gebildet ist, wird eine klare und bestimmte Grenzfläche zwischen den Schichten nicht deutlich. Jede Schicht scheint mit benachbarten Schichten zu verschmelzen und ist koextensiv fest damit verbunden. Eine Diamantschicht kann eine extrem vorteilhafte abnutzungsbeständige Oberfläche in vielen Anwendungsfällen sein, wie beispielsweise bei Lauf- und Lagerflächen. Eine Diamantschicht kann auch zweckmäßigerweise auf Metallschneidwerkzeugeinsätze aufgebracht werden.
Bei der Ausführung der Erfindung wurde gefunden, daß ein hochwarmfestes Metallsubstrat, wie beispielsweise Molybdän, einen Molybdänkarbidüberzug darauf bildet aufgrund seiner Aussetzung gegenüber einen hohen Temperatur und einem Kohlenwasserstoffgas. Diamant wird dann schnell auf dem Karbidüberzug abgeschieden. Niederdruckabscheidung von Diamant auf einem Wolframkarbidsubstrat wurde unter Verwendung der hier erläuterten Verfahren erreicht. Hartmetallkarbide werden als Metallschneidwerkzeuge oder Werkzeugeinsätze verwendet. Demzufolge kann ein Diamantfilm oder eine Diamantschicht auf vorbestimmten Flächen oder Oberflächen dieser Hartkarbid- oder Nitridwerkzeuge oder -Einsätze abgeschieden werden, welches Oberflächen sind, die für eine Diamantabscheidung durch die erfindungsgemäßen Verfahren förderlich sind. Die Diamantschicht gemäß der Erfindung ist gewöhnlich ein harter, optisch schwarzer Film und kann demzufolge auf einem Gegenstand abgeschieden werden, der in eine optische Vorrichtung eingebaut werden soll.
Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser von 1 bis 2 Mikrometer sind als ein Wachstumssubstrat für Diamant verwendet worden, der durch Niederdrucksynthese bei Temperaturen von 1030 bis 1080ºC in der Einrichtung gemäß der Erfindung erzeugt wurde.
Andere Substratmaterialien, auf denen Diamant abgeschieden worden ist, enthalten Siliziumkarbid, pyrolytischen Graphit, Bornitrid, Bor-dotiertes Silizium und Aluminiumnitrid.
Beste Resultate wurden bei der Ausführung der Erfindung zur Erzeugung von Filmen erhalten, wenn die Substrattemperatur etwa 600ºC oder weniger beträgt. Es wurden Filme mit Substrattemperaturen von nur 400ºC erhalten. Höhere Temperturen und längere Zeiten umfassende Zyklen unterstützen ein größeres diskretes Kristallwachstum.
Die Erfindung sorgt für ein verbessertes Maß an Kontrolle von einem CVD Verfahren zur Diamantherstellung, und das beschriebene Verfahren ist auch für Änderungen in seinen Betriebsparametern zugänglich.
Ein Gaslieferungsverfahren und eine Einrichtung, die bei der Ausführung der Erfindung dafür verwendet wurde, werden nun in Verbindung mit Figur 4 beschrieben. In Figur 4 sind zwei Gasvorrattanks 29 und 30 durch Gasströmungs- Steuerventile 31 und 32 mit einer gemeinsamen Leitung 33 verbunden, die mit dem Einlaßrohr 20 des Reaktionskammerrohres 10 in Figur 1 verbunden ist. Der Vorratstank 29 ist mit einer Mischung von 90 Vol.-Prozent Wasserstoff H&sub2; und 10 Vol.-Prozent Methan CH&sub4; Gasen gefüllt. Der Vorratstank 30 ist mit Wasserstoff allein gefüllt. Durch Verwendung einer Mischung von Gasen in dem einen Tank 29 und einem einzigen Gas in dem anderen Tank 30 können die Strömungsventile 31 und 32 auf einfache Weise für kleinere und genauere Änderungen in der Gasmischung sorgen, die durch die Leitung 33 in das Reaktionskammerrohr 10 gemaß Figur 1 strömt, das sich innerhalb der Kammer 15 befindet.
Diamantkristalle wuchsen auch auf einem flüssigen Metallsubstrat durch direktes Dampf-Festkörper-Wachstum. Diese Kristalle waren kubisch und achtflächig. Eine Abscheidung auf Metallen und Metallegierungen mit Schmelzpunkten unterhalb der Abscheidungstemperatur sorgt für eine kontinuierliche Gewinnung von der flüssigen Oberfläche durch mechanische Mittel.
Die Abscheidung von Diamantkristallen auf Draht hoher Festigkeit, wie beispielsweise Pianodraht, hat sich als ein zweckmäßiges Verfahren gezeigt zur Herstellung von Diamantschneiddraht durch ein Verfahren, bei dem das Diamantwachstum gestoppt und das Drahtsubstrat durch den wachsenden Diamant vollständig überdeckt wurde. Dann wurde ein Metall, wie beispielweise Kupfer, auf den teilweise mit Diamant überdeckten Draht bis zu einer Tiefe platiert, die etwas kleiner ist als die Höhe der Diamantkristalle, um sie fest in ihrer Lage zu halten.
Die Niederdrucksynthese von Diamant gemäß der Erfindung kann dazu verwendet werden, Drahtziehgesenke zu bilden, indem eine relativ dicke Diamantschicht auf einem Metalldraht mit einem Durchmesser gebildet wird, der gleich dem gewünschten Innendurchmesser der Gesenkform ist. Der überzogene Draht mit seinem harten Mantel aus Diamant kann dann in einer Hartlötlegierung- oder Stahlbefestigung angebracht werden, die so ausgebildet ist, daß der Umfang des Außengehäuses konzentrisch mit dem Draht ist. Der Draht wird dann entfernt, beispielsweise durch Lösen oder Ätzen in einem Säurebad, um diese fertige Gesenkform zu bilden.
Der Diamant, der auf einem Substrat gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt ist, kann beschrieben werden als Halbdiamanten, die gespaltenen kubischen oder achtflächigen Kristallen entsprechen. Sobald er auf dem Substrat ist, wächst der Diamant auf Oberflächen, die der Gasphase ausgesetzt sind. Die Verwendung einer tragenden Gasphase, um einen wachsenden Kristall frei schweben zu lassen, bildet ein Mittel zum Wachsen gleichförmiger Kristalle. In einem derartigen Verfahren wird ein Aufwind in einem Reaktionsrohr in ausreichendem Maße hervorgerufen, um Diamanten unterschiedlicher Größe entlang der Länge des Rohres frei schweben zu lassen, das an dem Boden einen engeren Durchmesser hat. Der weitere Oberteil hat die Funktion, den Aufwind bis zu einem Grad zu reduzieren, der kleine Diamantkerne nicht nach oben abhebt. Das reaktive Gas in dem Rohr wird aktiviert durch Mikrowellenstrahlung unter Verwendung eines heißen zentralen Ffadens, so daß Diamantwachstum entlang dem Rohr auftritt.
Das folgende Beispiel ist ein Hinweis für eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, die für gewisse Änderungen förderlich ist, beispielsweise in der Temperatur, Gasmischung und dem Zeitzyklus, um Änderungen in den Charakteristiken des entstandenen Kondensatdiamants zu erhalten.

Beispiel I

Bei Verwendung der Einrichtung gemäß Figur 1 wurde eine Mischung von 1,7 Vol.-Prozent Methan und 98,3 Vol.-Prozent Wasserstoff kontinuierlich durch die Reaktionskammer bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 44 cm³/min geleitet. Der Gasdruck in der Reaktionskammer war konstant bei etwa 119,7 Pa (9.0 Torr). Es wurde ein konstanter Strom von etwa 24 A durch einen elektrischen Heizwiderstand 12 aus Wolfram geschickt, der eine Spulentemperatur von etwa 2100ºC zur Folge hatte. Die Mikrowellengeneratorvorrichtung 25 wurde bei 500 Watt aus einer elektrischen Spannungsquelle von 110 bis 120 V, 60 Hz, gespeist, um Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz von 2450 MHz und einer Wellenlänge von 12,14 cm zu emitieren. Während der beschriebenen Ausführung der Erfindung entstand unter Verwendung der Kombination der thermischen Erhitzung aus der Spule 12 und der Mikrowellenenergie aus der Mikrowellenvorricntung 25 zur Bildung eines Gasplasmas eine Temperatur in dem Substrat 14 von etwa 750ºC. Unter diesen Bedingungen besteht ein negativer Temperaturgradient zwischen der Heizspule 12 und dem Substrat 14 und zwischen der Temperatur des Gasplasma und der Temperatur des Substrates 14. Die Mikrowellenvorrichtung 25 wird kontinuierlich gespeist für die Dauer eines zeitgesteuerten Verfahrens, so daß sie gleichzeitig mit der Erwärmung der Spule 12 und kontinuierlich während eines Verfahrenszyklus arbeitet. Der Mikrowellenreflektor wurde dann so eingestellt, daß eine Spitzenlumineszenze in der Plasmaströmung neben dem Substrat 14 erschien.
Das oben beschriebene Beispiel wurde für Zeiten von 30 Minuten bis 48 Stunden wiederholt, was eine Abscheidung einer großen Anzahl von Diamantkristallen auf dem Substrat zur Folge hatte. Wenn die Verfahrensbedingungen schnell ausgebildet und nach etwa 30 Minuten unterbrochen werden, tritt eine rasche Kernbildung von sehr kleinen Diamantkristallen in Hülle und Fülle auf. Bei längeren Zeitperioden wachsen die diskreten, kleinen Kristalle zu einer signifikanten Größe.
Einige Ergebnisse bei der Ausführung der Erfindung entsprechend dem Beispiel I sind in Figur 5 gezeigt.
In Figur 5 stellt die Kurve D das Diamantkristallwachstum über der Zeit dar. Es sei darauf hingewiesen, daß Verfahrenszeiten von etwa 30 Minuten Diamantkristalle von etwa 10 Mikrometer in ihrer längeren Abmessung ergeben. Wenn die Kombination von elektrischer Widerstandsspulenerhitzung und Mikrowellenenergieeinsatz für etwa 48 Stunden fortgesetzt wird, werden Diamantkristalle erhalten, die sich 180 Mikrometer in ihrer größeren Abmessung annähern. Dies ist eine äußerst signifikante Zunahme in der Größe im Vergleich zu der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne gleichzeitige Mikrowellenenergie, wie es beschrieben wurde, wobei eine Kristallgröße von nicht mehr als etwa 10 Mikrometer in der längeren Abmessung nach einem Zeitraum von vielen Stunden (10 Stunden) gefunden wurde.
Erfindungsgemäß erhaltene Abscheidungen wurden Röntgenstrahlen- und Elektronenbeugungstests ausgesetzt und auch optischer mikroskopischer Untersuchung bei 1000X und Raman-Spektroskopie. Diese Tests zeigen, daß die Abscheidungen von Kondensatdiamant die kubische Kristallstruktur enthalten, die einem Diamant- Kohlenstoffkristall zugeordnet ist.
Bei der Ausführung der Erfindung wurde gefunden, daß Diamantwachstum signifikant vergrößert wird als eine Funktion der Temperatur des Substrats.
Wenn die Substrattemperatur die Temperatur erreicht, wo eine Graphitisierung von Diamantkristall auftritt, würde zu erwarten sein, daß nur die Nicht-Diamantform von Kohlenstoff abgeschieden würde, und, wenn Diamant unter diesen Bedingungen abgeschieden werden sollte, würde eine starke Tendenz in Richtung auf eine Graphitisierung des Diamantkristalls zu erwarten sein. Die Substraterwärmung wird schnell durch die elektrische Widerstandsheizung ausgeführt. Beispielsweise liefern, wie in Figur 3 dargestellt ist, zwei gegenüberliegende Stabelektroden 11 aus Molybdän elektrische Leistung an die Heizspule 12 aus Wolfram für die beschriebenen Zwecke. Zwei gegenüberliegende Stabelektroden aus Molybdän liefern elektrische Leistung an eine zusätzliche Widerstandsheizspule 12', auf der das Substrat 13 ruht und das dadurch erhitzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei höheren Temperaturen ist wie folgt, wobei eine 6, 35 mm (1/4 Zoll) dicke Molybdänscheibe mit einem Durchmesser von 19,05 mm (3/4 Zoll) als das Substrat 14 verwendet wurde.

Beispiel II

(A) Eine Mischung von 1 % Methan und 99 % Wasserstoff wurde durch das Rohr 20 gemäß Figur 1 in das Rohr 10 eingeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 38 cm³/min.
(B) Die Heizspule 12 wurde mit einem Stromfluß von 27,3 A gespeist, der die Temperatur der Spule 12 auf über 2100ºC anhob.
(C) Der Mikrowellengenerator 24 wurde bei 500 Watt betrieben und der Reflektor 25 so eingestellt, daß Mikrowellenenergie in dem Glasrohr 10 fokussiert wurde, um darin neben dem Substrat 14 Plasma zu erzeugen.
(D) Der Gasdruck in dem Rohr 10 wurde bei 4056,5 Pa (30,5 Torr) konstant gehalten.
(E) Die Spule 12' wurde erregt, damit die Temperatur des Substrats 14 auf etwa 1100ºC anstieg, wie es durch ein optisches Pyrometer gemessen wurde.
Die obigen Bedingungen wurden für eine Gesamtzeit von 6,0 Stunden beibehalten. Bei Ablauf dieser Zeitperiode wurden die obigen Temperaturen gesenkt, indem die Heizspule 12 und der Mikrowellengenerator abgeschaltet und die Strömung des Gases in das Rohr 10 gesperrt wurde. Das Substrat 14 wurde dann aus dem Rohr entfernt und es wurde gefunden, daß es mit schwarzen Diamantkristallen überzogen war. Die Kammer 15 ist mit einer transparenten Platte versehen, so daß Diamantwachstum auf dem Substrat während der Periode von 6 Stunden beobachtet werden könnte. Die Wachstumsgeschwindigkeit der Diamantkristalle war in dem Bereich von 6 bis 10,0 Mikrometer pro Stunde. Substrattemperaturen von etwa 1000ºC dienen dazu, sowohl die Kristallgröße als auch die Massenausbeute von Diamant zu vergrößern im Vergleich zu einer Substrattemperatur von etwa 750ºC. Niedrigere Substrattemperaturen, beispielsweise unterhalb etwa 750ºC, haben die Tendenz, eine Schicht oder einen Film von diskreten Diamantmetallen auf einem Substrat zu bilden.
Bei der Ausführung der Erfindung wird eine Wasserstoff- Kohlenwasserstoff-Gasmischung konditioniert durch gleichzeitige Stimulation von (a) einem Kontakt mit einer Heizfläche bei erhöhter Temperatur und (b) Aussetzen gegenüber Mikrowellenenergieeinführung. Das konditionierte Gas wird dann veranlaßt, sich auf einem Substrat zu zersetzen und Diamantform von Kohlenstoff darauf abzuscheiden.
Durch die Erfindung, die Mikrowellen- und Wärmeenergie in einem CVD Diamantverfahren kombiniert, wird eine markante Vergrößerung in der Massenausbeute von Diamant erhalten. Es werden auch verschiedene Diamant-Modifikationen erhalten, wie beispielsweise elektrisch halbleitende Diamanten und Diamanten mit Atomen von verschiedenen Materialien, die in ihre Kristallstruktur inkorporiert sind. Geschichtete oder Laminat-Diamanten sind ebenfalls verfügbar, wie auch Diamantschichten auf verschiedenen funktionalen Gegenständen.
Zusätzlich zur Verwendung von in Flaschen gefülltem Gas als Quelle von Reaktionsgasen kann auch nicht gebrauchtes Gas, vorwiegend Wasserstoff, über heißen Graphit, beispielsweise Stäbe oder ein Wirbelbett, geleitet werden, um lediglich Methan zu bilden, das dann in die Reaktionskammer zurückgeleitet wird.

Claims

1. Einrichtung zur Diamantherstellung durch das chemische Dampfabscheidungs (CVD)-Verfahren, enthaltend in Kombination:

(a) eine Reaktionskammer

(b) eine Gaseinlaßeinrichtung in der Reaktionskammer zum Einführen einer Gasmischung von Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffgasen, um in die Kammer zu strömen,

(c) eine Ausgangseinrichtung, die mit der Reaktionskammer verbunden ist, um Gas zu evakuieren und eine Gasströmung durch die Reaktionskammer hindurch auszubilden,

(d) ein metallisches elektrisches Widerstands-Heizteil in der Reaktionskammer, das neben der Gaseinlaßeinrichtung und so angeordnet ist, daß die Gasströmung von der Gaseinlaßeinrichtung über das Heizteil strömt,

(e) ein Substrat, das in der Reaktionskammer neben dem Heizteil angebracht ist, damit die Gasströmung über das elektrische Widerstands-Heizteil in der Reaktionskammer darauf aufprallt,

(f) dem Heizteil zugeordnete elektrische Verbindungsmittel zum Verbinden des Heizteils mit einer Quelle elektrischer Energie, um die Temperatur des Heizteils auf mehr als 2000ºC anzuheben, um eine Reaktionsfläche für die Gasströmung in der Reaktionskammer auszubilden,

(g) einen Generator für elektromagnetische Mikrowellenenergie, der der Reaktionskammer zugeordnet und in der Lage ist, Mikrowellenenergie in das in der Reaktionskammer strömende Gas und gegen das Heizteil und das Substrat einzuführen, um ein Gasplasma mit atomarem Wasserstoff darin neben dem Substrat zu erzeugen, damit das Gasplasma auf dem Substrat kondensiert und eine Diamantform von Kohlenstoff darauf als Kondensat aus dem Plasma abscheidet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Widerstands- Heizteil eine Metalldrahtspule aus Wolfram, Molybdän, Rhenium oder Legierungen davon ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat ein Nichtmetall ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat Kohlefasern aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei das Nichtmetall Bor oder eine borhaltige Verbindung ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei das Nichtmetall Graphit ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine zusätzliche elektrische Widerstands-Heizspule dem Substrat zugeordnet ist, um dessen Temperatur zu erhöhen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 7, wobei das Substrat ein flüssiges Metall oder Legierung aufweist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 7, wobei das Substratmetall Molybdän ist.

10. Chemisches Dampfabscheidungs(CVD)-Verfahren zur Erzeugung der Diamantform von Kohlenstoff aus der Kondensation eines kohlenstoffhaltigen Gases auf einem Substrat, gekennzeichnet durch:

Leiten einer Mischung von Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffgasen eine Oberfläche aus hochwarmfesten Metall, die auf mehr als 2000ºC erhitzt ist, und gleichzeitiges Aussetzen der Gasmischung gegenüber Mikrowellenenergie, um ein Gasplasma mit atomarem Wasserstoff darin zu erzeugen, wobei die Diamantform von Kohlenstoff auf dem Substrat abgeschieden wird, und Entfernen der Diamantform von Kohlenstoff von dem Substrat.

11. CVD-Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichent, daß die gleichzeitige Aktion der Oberfläche von hochwarmfesten Metall und der Mikrowellenenergie in einem Bereiche neben dem Substrat erfolgt.

12. CVD-Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat erhitzt wird.

13. CVD-Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf eine Temperatur in dem Bereich von 1000 bis 2500ºC erhitzt wird.

14. CVD-Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf eine Temperatur in dem Bereich von 400 bis 750ºC erhitzt wird.

15. CVD-Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein hochwarmfestes Metall ist.

16. CVD-Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Substrat eine Molybdänmetallfolie ist.

17. CVD-Verfahren nach einem der Ansprüch 10 bis 14, wobei das Substrat ein Nichtmetall ist.

18. CVD-Verfahrnm nach Anspruch 17, wobei das Substrat lose Kohlefasern aufweist.

19 Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche aus hochwarmfesten Metall Wolfram ist.

20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gase ferner Diboran oder Phosphin enthalten.

21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein negativer Temperaturgradient zwischen der erhitzten Oberfläche aus hochwarmfesten Metall und dem Substrat besteht.