JP2587636B2 - Diamond synthesis method and equipment - Google Patents

Diamond synthesis method and equipment

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JP2587636B2 JP14065987A JP14065987A JP2587636B2 JP 2587636 B2 JP2587636 B2 JP 2587636B2 JP 14065987 A JP14065987 A JP 14065987A JP 14065987 A JP14065987 A JP 14065987A JP 2587636 B2 JP2587636 B2 JP 2587636B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイヤモンド合成法および装置に係り、特
に化学反応と拡散による物質の輸送を用いる、所謂化学
輸送法により基板面に膜状又は粒状のダイヤモンドを合
成するための方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for synthesizing a diamond, and more particularly to a method of transporting a substance by a chemical reaction and diffusion. And a method and apparatus for synthesizing diamond.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、化学輸送法によるダイヤモンドの合成装置とし
ては、第5図に示す装置が提案されている。この装置で
は、反応容器41内を真空コック42、43および真空ポンプ
(図示せず)により減圧状態とされる。
Conventionally, as an apparatus for synthesizing diamond by a chemical transport method, an apparatus shown in FIG. 5 has been proposed. In this apparatus, the pressure inside the reaction vessel 41 is reduced by vacuum cocks 42 and 43 and a vacuum pump (not shown).

高周波電源44に接続された電極44A、44Bにより水素プ
ラズマを形成し、活性化水素{H+、H*(水素ラジカル)
等}と、炭素を含む化合物からなる原料45との表面反応
によってCHn +(n=1、2、3、)を形成させ、この化
合物の拡散によって気相中に炭素(C)を供給し、加熱
コイル48を介して加熱されたサセプタ50上の基板49に膜
状または粒状のダイヤモンドを合成している。
Hydrogen plasma is formed by the electrodes 44A and 44B connected to the high frequency power supply 44, and activated hydrogen {H + , H * (hydrogen radical)
CH n + (n = 1, 2, 3,) is formed by a surface reaction between the material な and the raw material 45 composed of a carbon-containing compound, and carbon (C) is supplied into the gas phase by diffusion of the compound. The film-shaped or granular diamond is synthesized on the substrate 49 on the susceptor 50 heated through the heating coil 48.

一方、工業プロセスとして使用され、原料導入および
原料搬送に上記した化学輸送を用いない物理的搬送法の
一つである水素ガススパッタリング法の例を第6図を基
に説明する。第6図において、反応容器51内は排気口52
から図示していない真空ポンプにより減圧され、高周波
電源55およびコンデンサ56を介して陰極58および陽極60
間に印加される。この状態でガス導入口54からH2ガスが
導入される。
On the other hand, an example of a hydrogen gas sputtering method, which is one of the physical transport methods that do not use the above-described chemical transport for the raw material introduction and the raw material transport used in the industrial process, will be described with reference to FIG. In FIG. 6, an exhaust port 52 is provided in a reaction vessel 51.
From the cathode 58 and the anode 60 via a high-frequency power supply 55 and a condenser 56.
Is applied in between. In this state, H 2 gas is introduced from the gas inlet 54.

このH2ガスにより水素プラズマが形成され、水素プラ
ズマ中のH+は冷却水が導入される管53の先端部に配置さ
れたマグネット57上のターゲット(グラファイト又は無
定形炭素)59に衝突してターゲット59から炭素を叩きだ
し同時に炭素と水素イオンとの反応によって分子軌道法
で定義されるSP3リッチなDLC膜(Diamond Like Carbon
膜)を得、これを基板61上に堆積させて膜状または粒状
のダイヤモンドを得るようになっている。
Hydrogen plasma is formed by the H 2 gas, and H + in the hydrogen plasma collides with a target (graphite or amorphous carbon) 59 on a magnet 57 disposed at a tip of a pipe 53 into which cooling water is introduced. SP 3 rich DLC film which is defined on a molecular orbital method by reaction at the same time carbon and hydrogen ions out strike carbon from the target 59 (Diamond Like carbon
A film) is obtained and deposited on the substrate 61 to obtain a film-like or granular diamond.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、第5図に示す化学輸送法によるダイヤ
モンド合成の場合、(1)活性化水素と炭素を含む原料
との表面反応によって生成されるイオンおよびラジカル
により反応容器41内で気相中に炭素を供給しているため
に、その炭素の供給量に限度があり、したがって成膜速
度が制約され、また、(2)成膜反応時の気相中の炭素
濃度が過剰であればグラファイトが基板49上に析出され
やすくなり、気相中の炭素濃度が低ければ、ダイヤモン
ドができても成膜速度が低くすぎる。このように従来の
化学輸送法によるダイヤモンドの合成法では、活性化気
相への原料供給の制御システムについて十分考慮されて
いないものであった。
However, in the case of diamond synthesis by the chemical transport method shown in FIG. 5, (1) carbon is formed in the gas phase in the reaction vessel 41 by ions and radicals generated by a surface reaction between activated hydrogen and a raw material containing carbon. Since the carbon is supplied, the amount of carbon supplied is limited, and therefore, the film forming rate is restricted. (2) If the carbon concentration in the gas phase during the film forming reaction is excessive, graphite is deposited on the substrate 49. When it is easily deposited on the surface and the carbon concentration in the gas phase is low, the film formation rate is too low even if diamond is formed. As described above, in the conventional method of synthesizing diamond by the chemical transport method, a system for controlling the supply of the raw material to the activated gas phase is not sufficiently considered.

一方、第6図に示す物理的輸送によるダイヤモンド合
成の場合、(1)反応容器51内の原料ガス流速が化学輸
送に比べて大きいために、原料の反応率が化学輸送法に
比べて低くなる。また(2)原料ガス流速が大きいため
に反応容器51内の化学反応が均一になりにくく、そのた
め生成膜の膜厚および膜質(組成)も均一になりにく
い。またスパッタリング以外の物理的輸送法によるダイ
ヤモンド合成の場合には、原料の反応率の低さに起因す
る反応容器への導入原料量が多く、原料を無駄に消費す
る問題もある。
On the other hand, in the case of diamond synthesis by physical transport shown in FIG. 6, (1) the raw material gas flow rate in the reaction vessel 51 is larger than that of chemical transport, so that the reaction rate of the raw material is lower than that of chemical transport. . (2) Since the flow rate of the source gas is large, the chemical reaction in the reaction vessel 51 is difficult to be uniform, so that the thickness and quality (composition) of the formed film are also difficult to be uniform. In the case of diamond synthesis by a physical transport method other than sputtering, there is also a problem that a large amount of raw material is introduced into the reaction vessel due to a low reaction rate of the raw material, and the raw material is wasted.

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消
し、気相中の炭素濃度の制御が容易で最適なダイヤモン
ド合成が可能であり、かつ反応率の高いダイヤモンド合
成法および装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a method and apparatus for synthesizing a diamond in which the control of the carbon concentration in the gas phase is easy, the optimum diamond synthesis is possible, and the reaction rate is high. It is in.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記した目的を達成するために、本発明は、プラズマ
やフィラメントの加熱により活性化水素を生成し、該活
性化水素と炭素を含む原料との表面反応および活性化水
素中に存在する正イオンを電場により加速し、前記炭素
を含む原料を反応スパッタすることによって生じるCHn *
(n=1、2、3、4)で表わされるるラジカルおよび
CHn +(n=1、2、3)で表わされるイオンを基板上に
化学輸送して、基板面にダイヤモンドの層を製造するよ
うにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention generates activated hydrogen by heating a plasma or a filament, and performs a surface reaction between the activated hydrogen and a raw material containing carbon and a positive ion present in the activated hydrogen. Accelerated by an electric field, CH n * generated by reactive sputtering of the raw material containing carbon .
A radical represented by (n = 1, 2, 3, 4) and
The ion represented by CH n + (n = 1, 2, 3) is chemically transported onto the substrate to produce a diamond layer on the substrate surface.

〔作用〕[Action]

水素ガスの活性化により生成された活性化水素中のH+
イオンを、電場により加速し炭素を含む原料に衝突させ
ることによって、気相中の炭素濃度が増加する。
H + in activated hydrogen generated by activation of hydrogen gas
By accelerating the ions with an electric field and colliding them with a raw material containing carbon, the carbon concentration in the gas phase increases.

そしてスパッタリングの際に、入射H+イオンと炭素を
含む原料との表面反応によってCHn *(n=1、2、3、
4)およびCHn +(n=1、2、3)を形成し、同時に気
相中の炭素原子(C)およびラジカル(C*)は、原料中
の炭素原子に比べて、活性が高いので容易に活性化水素
と反応し、CHn *(n=1、2、3、4)およびCHn +(n
=1、2、3)を形成する。
Then, at the time of sputtering, CH n * (n = 1, 2, 3,...) By a surface reaction between incident H + ions and a raw material containing carbon.
4) and CH n + (n = 1, 2, 3), and at the same time, the carbon atoms (C) and radicals (C * ) in the gas phase are more active than the carbon atoms in the raw material. Easily reacts with activated hydrogen to form CH n * (n = 1, 2, 3, 4) and CH n + (n
= 1, 2, 3).

このとき、正の荷電粒子の加速電圧を制御することに
より、原料中の炭素原子濃度および炭素原子量を制御す
ることが可能となり、生成物の膜厚、粒径、組成を均一
にでき、ダイヤモンド以外の生成を抑制できる。
At this time, by controlling the acceleration voltage of the positively charged particles, it becomes possible to control the carbon atom concentration and the carbon atom amount in the raw material, and the film thickness, particle diameter, and composition of the product can be made uniform, and the material other than diamond can be obtained. Generation can be suppressed.

〔発明の実施例〕(Example of the invention)

本発明のダイヤモンド合成法において、炭素原料をス
パッタリングする。この炭素を含む原料として、炭素の
同素体、例えばグラファイト、無定形炭素)、炭化水素
として、例えばパラフィン系炭素水素等を使用すること
ができる。しかし、これらの炭素を含む原料の単なる水
素スパッタリングでは、基板面にはグラファイトを含む
アモルファスカーボンまたはDLC膜が形成される。この
理由は、炭素が水素と反応してCHn(n=1、2、3、
4)となる反応が十分に完了しないためである。
In the diamond synthesis method of the present invention, a carbon material is sputtered. Allotropes of carbon (eg, graphite, amorphous carbon) can be used as the raw material containing carbon, and paraffinic hydrocarbons can be used as the hydrocarbon. However, by simple hydrogen sputtering of these carbon-containing raw materials, an amorphous carbon or DLC film containing graphite is formed on the substrate surface. The reason is that carbon reacts with hydrogen to form CH n (n = 1, 2, 3,
This is because the reaction of 4) is not sufficiently completed.

本発明は、炭素原料をスパッタリングするに際し、化
学輸送法の場合と同様にプラズマやフィラメントよる加
熱の手段により活性化水素雰囲気(例えば、5vo1%以上
の活性化水素が含まれる)とし、活性化水素中のH+イオ
ンを炭素を含む原料のスパッタリングに使用することが
できるように炭素を含む原料側に陰極を配置し、正の荷
電粒子が炭素を含む原料に衝突させるものである。
According to the present invention, when sputtering a carbon material, an activated hydrogen atmosphere (for example, containing 5 vo 1% or more of activated hydrogen) is formed by means of heating by plasma or filament, as in the case of the chemical transport method, A cathode is disposed on the side of the carbon-containing material so that the H + ions therein can be used for sputtering of the carbon-containing material, and positively charged particles collide with the carbon-containing material.

本発明において、質量分析、スペクトルアナライザに
よる発光強度分析等により気相中の核種{C、CHn、H*
(水素ラジカル)、H+(水素イオン)}の相対量を測定
することによって、気相中の原子状CおよびC*の量を最
小にして、CHn濃度を増大させるようにスパッタリング
に用いる正の荷電粒子{H+、CHn +(n=1、2、3、)
等}の加速電圧の調整により制御できる。
In the present invention, nuclides ΔC, CH n , H * in the gas phase are determined by mass spectrometry, emission intensity analysis using a spectrum analyzer, or the like .
(Hydrogen radical), by measuring the relative amount of H + (hydrogen ions)}, the atomic C and C * of the amount in the gas phase with minimal, positive used in sputtering to increase the CH n Concentration Charged particles {H + , CH n + (n = 1, 2, 3, etc.)
It can be controlled by adjusting the equal acceleration voltage.

以下、本発明の装置の実施例を図面に基づいて説明す
る。第1図は本発明の装置の一実施例を示す概略的断面
図である。
Hereinafter, embodiments of the device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the apparatus of the present invention.

このダイヤモンド合成装置は、反応容器1の一端側に
真空コック2が配設され、反応容器1の他端部側に真空
コック3が配設されており、この真空コック3が配設さ
れた配管は真空ポンプ4に連通されている。
In this diamond synthesizing apparatus, a vacuum cock 2 is provided at one end of a reaction vessel 1, a vacuum cock 3 is provided at the other end of the reaction vessel 1, and a pipe provided with the vacuum cock 3 is provided. Is connected to a vacuum pump 4.

反応容器1内には高周波電源5に接続された高周波電
極6A、6Bが対向して配置されている。また直流電源7に
接続されるとともに高周波電極6Aよりも容器内部側に配
置された正の荷電粒子加速用陽極8Aと、直流電源7に接
続され、高周波電極6Bと兼用される正の荷電粒子加速用
陰極8Bが配置されている。そして、正の荷電粒子加速用
陰極8B上に炭素を含む原料9が載置されている。
In the reaction vessel 1, high-frequency electrodes 6A and 6B connected to a high-frequency power supply 5 are arranged to face each other. Further, a positive charged particle acceleration anode 8A connected to the DC power supply 7 and arranged on the inner side of the container with respect to the high-frequency electrode 6A, and a positive charged particle acceleration connected to the DC power supply 7 and used also as the high-frequency electrode 6B. A use cathode 8B is provided. Then, a raw material 9 containing carbon is placed on the positive charged particle acceleration cathode 8B.

上記した電極の配置領域から真空コック3側に位置す
る反応容器1内には加熱コイル11より加熱可能な基板加
熱用のサセプタ13が設置され、このサセプタ13上に基板
12が配置されている。
A substrate heating susceptor 13 that can be heated by the heating coil 11 is installed in the reaction vessel 1 located on the vacuum cock 3 side from the electrode arrangement area.
12 are located.

なお、石英製の反応容器1の内壁には容器内に発生す
るプラズマによってスパッタリングによるSiO2の汚染を
防止するために炭素膜が被覆されている。
The inner wall of the quartz reaction vessel 1 is coated with a carbon film in order to prevent contamination of SiO 2 by sputtering due to plasma generated in the vessel.

次に上記のように構成されるダイヤモンド合成装置の
作用について説明する。
Next, the operation of the diamond synthesizing apparatus configured as described above will be described.

反応容器1内は真空コック2、3および真空ポンプ4
により、例えば初期真空として〜10-3Torrの真空状態と
されると共に反応容器1内には水素ガスが導入される。
反応容器1内において、高周波電極6A、6B間に印加さ
れ、これによって水素プラズマ10が形成される。
Inside the reaction vessel 1 are vacuum cocks 2, 3 and a vacuum pump 4.
Thereby, for example, a vacuum state of about 10 −3 Torr is obtained as an initial vacuum, and hydrogen gas is introduced into the reaction vessel 1.
In the reaction vessel 1, a voltage is applied between the high-frequency electrodes 6A and 6B, whereby a hydrogen plasma 10 is formed.

この水素プラズマ10中のH+イオンは、炭素を含む原料
9との表面反応によってCHn *(n=1、2、3、4)お
よびCHn +(n=1、2、3)を形成する。また、この正
イオンは、直流電源7に接続された正の荷電粒子加速用
陽極8Aと正の荷電粒子加速用陰極8Bとにより形成される
電場によって加速され、炭素を含む原料9に衝突する。
この衝突によって原料9から炭素がたたき出され、気相
中に炭素原子(C)およびラジカルが介在する。この炭
素原子(C)および炭素ラジカルは活性化が高く、活性
化水素と反応してCHn *(n=1、2、3、4)およびCH
n +(n=1、2、3)を形成する。このようにして形成
されたCHn *(n=1、2、3、4)およびCHn +(n=
1、2、3)は化学輸送により加熱コイル11を介して加
熱されたサセプタ13上の基板12側に移動し、基板12上に
ダイヤモンド状となって付着する。
The H + ions in the hydrogen plasma 10 form CH n * (n = 1, 2, 3, 4) and CH n + (n = 1, 2, 3) by a surface reaction with the carbon-containing raw material 9. I do. The positive ions are accelerated by an electric field formed by a positive charged particle acceleration anode 8A and a positive charged particle acceleration cathode 8B connected to a DC power supply 7, and collide with a carbon-containing raw material 9.
By this collision, carbon is knocked out of the raw material 9, and carbon atoms (C) and radicals are interposed in the gas phase. The carbon atom (C) and the carbon radical are highly activated and react with activated hydrogen to react with CH n * (n = 1, 2, 3, 4) and CH
n + (n = 1, 2, 3) is formed. The CH n * (n = 1, 2, 3, 4) and CH n + (n =
1, 2 and 3) move to the substrate 12 side on the susceptor 13 heated by the chemical transport via the heating coil 11 and adhere to the substrate 12 in a diamond shape.

第2図は本発明の装置の他の実施例を示す概略的断面
図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the apparatus of the present invention.

第2図において、第1図に示す装置と異なる点は、第
1図における高周波電源5に接続された高周波電極6A、
6Bが省略され、この代わりにフィラメント14が設置され
ており、活性化水素の発生源として高周波プラズマの代
わりにフィラメント14による熱を利用していることであ
る。
2 differs from the device shown in FIG. 1 in that a high-frequency electrode 6A connected to a high-frequency power source 5 in FIG.
6B is omitted, and a filament 14 is provided instead, and heat generated by the filament 14 is used instead of high-frequency plasma as a source of activated hydrogen.

第2図に示す装置では、活性化水素を形成させるため
にはフィラメント14により500℃以上に加熱することが
望ましい。なお、本発明において、高周波プラズマとフ
ィラメントによる加熱の両方の手段により活性化水素を
形成することもできる。
In the apparatus shown in FIG. 2, it is desirable that the filament 14 is heated to 500 ° C. or more in order to form activated hydrogen. In the present invention, activated hydrogen can be formed by both high-frequency plasma and heating by a filament.

実施例1 第1図に示す装置において、原料9として、グラファ
イト(平均粒径6μm、日本黒鉛商事製)を用い、導入
ガスとしてH2(純度99.999%以上)を用いた。操作条件
は第1表に示す通りである。
Example 1 In the apparatus shown in FIG. 1, graphite (average particle size: 6 μm, manufactured by Nippon Graphite Shoji) was used as the raw material 9, and H 2 (purity: 99.999% or more) was used as an introduced gas. The operating conditions are as shown in Table 1.

この結果、Si基板12上には20μm/hの成膜速度で薄膜
が付着した。この膜は、X線回析によると、第3図に示
すようにダイヤモンドと同一のピークを有することが判
明した。また、ラマン分光分析によっても第4図に示す
ようにダイヤモンドであることが判明した。同様にして
膜を0.5mm角の大きさが採取し、膜質を測定したとこ
ろ、それぞれ全てダイヤモンド状の膜であり、無定形炭
素およびグラファイトは含まれていないことがラマン分
光分析により判明した。
As a result, a thin film adhered to the Si substrate 12 at a film formation rate of 20 μm / h. According to X-ray diffraction, this film was found to have the same peak as diamond, as shown in FIG. In addition, it was found by Raman spectroscopy that the diamond was diamond as shown in FIG. In the same manner, a 0.5 mm square film was sampled, and the film quality was measured. Raman spectroscopic analysis revealed that each film was a diamond-like film and did not contain amorphous carbon or graphite.

実施例2 第2図に示すフィラメント14にタングステン(外径0.
1mm)を使用し、このタングステンを1,000℃に加熱した
以外は、第1表に示す条件と同一条件で行った。この条
件においても実施例1と全く同じ結果を得た。
Example 2 Tungsten (with an outer diameter of 0.
1 mm) and heated to 1,000 ° C. under the same conditions as shown in Table 1. Under these conditions, the same results as in Example 1 were obtained.

この場合、フィラメント14による水素の加熱によって
活性化水素の発生に起因して実施例1と同様の結果を生
じたものと考えられる。
In this case, it is considered that the same result as in the first embodiment was produced due to the generation of activated hydrogen due to the heating of hydrogen by the filament 14.

従来例1 第5図に示すダイヤモンド合成装置を使用し、第2表
に示す操作条件で行った。この操作条件は、活性化水素
を電場により加速していない点で第1表の操作条件と異
なっている。
Conventional Example 1 A diamond synthesis apparatus shown in FIG. 5 was used under the operating conditions shown in Table 2. These operating conditions are different from those in Table 1 in that activated hydrogen is not accelerated by an electric field.

この結果、基板49上の生成物はダイヤモンド単一であ
ったが、成膜速度は上記実施例1の1/10程度であること
が判明した。
As a result, although the product on the substrate 49 was a single diamond, it was found that the film formation rate was about 1/10 of that of the first embodiment.

従来例2 第6図に示すダイヤモンド合成装置を使用し、第3表
に示す操作条件で行った。この操作条件は加速電圧が20
00Vと実施例1に比べて大きくなっている。
Conventional Example 2 A diamond synthesizer shown in FIG. 6 was used under the operating conditions shown in Table 3. The operating conditions are as follows:
00V, which is larger than that of the first embodiment.

この結果、基板61上の生成物はアモルファスカーボン
膜があることが判明した。
As a result, it was found that the product on the substrate 61 had an amorphous carbon film.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように本発明によれば、スパッタリングによる
原料の気相への導入量が増大し、H+イオンとの反応によ
って生じるCH+濃度が増大し、同時に活性化水素の反応
率の高さにより気相中の炭素(イオンおよびラジカル)
の濃度が低下するので化学輸送法よりも成膜速度が上昇
し、また、単なる水素スパッタリングのようにアモルフ
ァスカーボンが生成することもない。したがって、高い
成膜速度で所望のダイヤモンドを合成することができ
る。
As described above, according to the present invention, the introduction amount of the raw material into the gas phase by sputtering increases, the CH + concentration generated by the reaction with H + ions increases, and at the same time, the reaction rate of activated hydrogen increases. Carbon in the gas phase (ions and radicals)
, The film formation rate is increased as compared with the chemical transport method, and amorphous carbon is not generated as in the case of simple hydrogen sputtering. Therefore, a desired diamond can be synthesized at a high film forming rate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の装置の一実施例を示す概略的断面図、
第2図は本発明の装置の他の実施例を示す概略的断面
図、第3図は実施例におけるX線回析の例を示すグラ
フ、第4図は実施例におけるラマン分光分析の例を示す
グラフ、第5図は従来の化学輸送法によるダイヤモンド
合成装置を示す概略的断面図、第6図は従来の物理的輸
送法によるダイヤモンド合成装置を示す概略的断面図で
ある。 1……反応容器、2、3……真空コック、4……真空ポ
ンプ、5……高周波電源、6A、6B……高周波電極、7…
…直流電源、8A……正の荷電粒子加速用陽極、8B……正
の荷電粒子加速用陰極、9……原料(含炭素)、10……
水素プラズマ、11……加熱用コイル、12……基板、13…
…サセプタ、14……フィラメント。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the apparatus of the present invention,
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the apparatus of the present invention, FIG. 3 is a graph showing an example of X-ray diffraction in the embodiment, and FIG. 4 is an example of Raman spectroscopic analysis in the embodiment. FIG. 5 is a schematic sectional view showing a conventional diamond synthesizing apparatus by a chemical transport method, and FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional diamond synthesizing apparatus by a physical transport method. 1 ... Reaction vessel, 2, 3 ... Vacuum cock, 4 ... Vacuum pump, 5 ... High frequency power supply, 6A, 6B ... High frequency electrode, 7 ...
... DC power supply, 8A ... Positive charged particle acceleration anode, 8B ... Positive charged particle acceleration cathode, 9 ... Raw material (carbon-containing), 10 ...
Hydrogen plasma, 11 ... heating coil, 12 ... substrate, 13 ...
... susceptor, 14 ... filament.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水素ガスの活性化により生成される活性化
水素と炭素を含む原料との表面反応および前記活性化水
素中に存在する正イオンを電場によって加速し、前記炭
素を含む原料を反応スパッタすることによって生じるCH
n *(n=1、2、3、4)で表わされるるラジカルおよ
びCHn +(n=1、2、3)で表わされるイオンを基板上
に化学輸送して、基板面にダイヤモンドの層を製造する
ことを特徴とするダイヤモンド合成法。
1. A surface reaction between activated hydrogen generated by activation of hydrogen gas and a raw material containing carbon, and a positive ion existing in the activated hydrogen is accelerated by an electric field to react the raw material containing carbon. CH generated by sputtering
A radical represented by n * (n = 1, 2, 3, 4) and an ion represented by CH n + (n = 1, 2, 3) are chemically transported onto the substrate, and a diamond layer is formed on the substrate surface. And a diamond synthesis method.
【請求項2】前記水素ガスが、プラズマにより活性化さ
れることを特徴とする特許請求の範囲の第(1)項記載
のダイヤモンド合成法。
2. The diamond synthesis method according to claim 1, wherein said hydrogen gas is activated by plasma.
【請求項3】前記水素ガスが、水素ガスの活性化に必要
な温度に加熱可能な加熱手段により活性化されることを
特徴とする特許請求の範囲の第(1)項記載のダイヤモ
ンド合成法。
3. The diamond synthesizing method according to claim 1, wherein said hydrogen gas is activated by a heating means capable of heating to a temperature necessary for activating the hydrogen gas. .
【請求項4】前記正イオンが、CHn +(n=1、2、3)
およびH+であることを特徴とする特許請求の範囲第
(1)項記載のダイヤモンド合成法。
4. The method according to claim 1, wherein said positive ion is CH n + (n = 1, 2, 3)
And a diamond synthesis method according to claim 1, wherein H + is used.
【請求項5】前記炭素を含む原料が、炭素の同素体又は
炭化水素の少なくとも1種であることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項記載のダイヤモンド合成法。
5. The diamond synthesizing method according to claim 1, wherein said carbon-containing raw material is at least one kind of allotrope of carbon or hydrocarbon.
【請求項6】反応中の水素ガス中に含まれるCHn(n=
0、1、2、3、4)濃度を測定し、その測定値に基づ
いて、該水素ガス中の炭素ラジカルおよび炭素イオンの
濃度を低くできるようにスパッタ用加速電圧を制御する
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のダイ
ヤモンド合成法。
6. The method according to claim 6, wherein CH n (n =
0, 1, 2, 3, 4) measuring the concentration, and controlling the accelerating voltage for sputtering so as to reduce the concentration of carbon radicals and carbon ions in the hydrogen gas based on the measured value. The method for synthesizing diamond according to claim (1).
【請求項7】真空状態に維持可能な反応容器内に水素ガ
スの活性化により活性化水素を生成する手段と、該手段
により生成した活性化水素の介在領域の両端部側にそれ
ぞれ直流電源に接続された陽極および陰極を配置すると
共に該陰極側に炭素を含む原料を設置し、前記活性化水
素の介在領域に離間した反応容器内にダイヤモンド状層
を形成させるための基板を配置したことを特徴とするダ
イヤモンド合成装置。
7. A means for generating activated hydrogen by activating hydrogen gas in a reaction vessel which can be maintained in a vacuum state, and a DC power supply at both ends of an intervening region of the activated hydrogen generated by the means. A source containing carbon was placed on the cathode side with the connected anode and cathode, and a substrate for forming a diamond-like layer in a reaction vessel separated from the intervening region of the activated hydrogen was placed. Characteristic diamond synthesizer.
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