JP2820604B2 - 気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置 - Google Patents
気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置Info
- Publication number
- JP2820604B2 JP2820604B2 JP27562793A JP27562793A JP2820604B2 JP 2820604 B2 JP2820604 B2 JP 2820604B2 JP 27562793 A JP27562793 A JP 27562793A JP 27562793 A JP27562793 A JP 27562793A JP 2820604 B2 JP2820604 B2 JP 2820604B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- flame
- combustion
- inner flame
- space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性、耐食性、高熱
伝導性、高比弾性等の特性を有し、研磨材、光学材料、
超硬工具材、揺動材、耐蝕材、音響振動材、刃先材用部
材等に有用な膜状、粒状のダイヤモンドの気相合成法に
関する。
伝導性、高比弾性等の特性を有し、研磨材、光学材料、
超硬工具材、揺動材、耐蝕材、音響振動材、刃先材用部
材等に有用な膜状、粒状のダイヤモンドの気相合成法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドの合成法としては、超高圧
条件下での、鉄、ニッケル系等の触媒による合成法や爆
薬法による黒鉛の直接変換法が従来より実施されてい
る。近年低圧ＣＶＤ法として、炭化水素又は窒素、酸素
等を含む有機炭化物と水素との混合ガスを熱フィラメン
ト、マイクロ波プラズマ、高周波プラズマ、直流放電プ
ラズマ、直流ア−ク放電等により、励起状態としてダイ
ヤモンドを合成する方法が開発された。
条件下での、鉄、ニッケル系等の触媒による合成法や爆
薬法による黒鉛の直接変換法が従来より実施されてい
る。近年低圧ＣＶＤ法として、炭化水素又は窒素、酸素
等を含む有機炭化物と水素との混合ガスを熱フィラメン
ト、マイクロ波プラズマ、高周波プラズマ、直流放電プ
ラズマ、直流ア−ク放電等により、励起状態としてダイ
ヤモンドを合成する方法が開発された。
【０００３】本出願の発明者等は前記ＣＶＤ法を改良し
た方法として、ダイヤモンド析出用原料化合物を不完全
燃焼領域を有するように燃焼させ、該不完全燃焼領域又
はその近傍に設けた基材にダイヤモンドを析出させる燃
焼炎法のダイヤモンド合成法を開発し、第３５回応用物
理学会関係連合講演会（講演予行集第二分冊２９а−Ｔ
−１）にて発表し特開平1-282139号として開示した。ま
た特願平 1-98058号では燃焼炎による気相法ダイヤモン
ドを合成する方法において、函体中でのダイヤモンドの
合成法を出願した。
た方法として、ダイヤモンド析出用原料化合物を不完全
燃焼領域を有するように燃焼させ、該不完全燃焼領域又
はその近傍に設けた基材にダイヤモンドを析出させる燃
焼炎法のダイヤモンド合成法を開発し、第３５回応用物
理学会関係連合講演会（講演予行集第二分冊２９а−Ｔ
−１）にて発表し特開平1-282139号として開示した。ま
た特願平 1-98058号では燃焼炎による気相法ダイヤモン
ドを合成する方法において、函体中でのダイヤモンドの
合成法を出願した。
【０００４】しかし、函体燃焼法ではダイヤ合成域の拡
大、均一性、時間安定性は向上したが析出域が内炎内に
限られること、また内炎合体による大面積の均一な成膜
は問題も存在し更なる改善が求められていた。一方、特
願平 4-29066により、燃焼炎の内炎と外炎との間に空間
をつくり、その空間でのダイヤ合成が開示された。この
方法によりダイヤモンド析出空間が押し広げられたが、
大気中での外炎の処理が問題として残り、また分離空間
でのラジカルや基底状態の原子等のダイヤモンドのプレ
カ−サ−の存在域がまだ小さい等の問題もあった。
大、均一性、時間安定性は向上したが析出域が内炎内に
限られること、また内炎合体による大面積の均一な成膜
は問題も存在し更なる改善が求められていた。一方、特
願平 4-29066により、燃焼炎の内炎と外炎との間に空間
をつくり、その空間でのダイヤ合成が開示された。この
方法によりダイヤモンド析出空間が押し広げられたが、
大気中での外炎の処理が問題として残り、また分離空間
でのラジカルや基底状態の原子等のダイヤモンドのプレ
カ−サ−の存在域がまだ小さい等の問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平1-282193号の発
明は従来法に比べ簡易な手段でしかも大面積の膜状ダイ
ヤモンドを得る気相合成法であって、具体的には炭素を
含むダイヤモンド析出用原料化合物を不完全燃焼領域を
有するように燃焼させ、該不完全燃焼域中、または該領
域の近傍の非酸化性雰囲気中にダイヤモンドを析出させ
る方法である。
明は従来法に比べ簡易な手段でしかも大面積の膜状ダイ
ヤモンドを得る気相合成法であって、具体的には炭素を
含むダイヤモンド析出用原料化合物を不完全燃焼領域を
有するように燃焼させ、該不完全燃焼域中、または該領
域の近傍の非酸化性雰囲気中にダイヤモンドを析出させ
る方法である。
【０００６】この方法は炭素を含む原料化合物より、燃
焼炎を形成させるのみで基材上にダイヤモンドを析出さ
せることが可能であり、従来のＣＶＤ法に比べ画期的に
優れた方法である。しかし、この方法では雰囲気の気体
の影響により、析出物の質的あるいは量的なコントロー
ルは容易ではない。
焼炎を形成させるのみで基材上にダイヤモンドを析出さ
せることが可能であり、従来のＣＶＤ法に比べ画期的に
優れた方法である。しかし、この方法では雰囲気の気体
の影響により、析出物の質的あるいは量的なコントロー
ルは容易ではない。
【０００７】特開平2-196094号には外炎を分離した内炎
を基板に接触させ基板上にダイヤモンドを合成する方法
が開示されているが、内炎に基板が接触すると基板温度
の制御が困難となるため析出ダイヤモンドの質的不均
一、析出面積が狭い等の問題がある。また析出面積増大
のため基板上に内炎を走査させる方法も述べられている
が、ダイヤモンドの著しい質的低下、析出速度の低下等
が起こるため、より安定した品質のダイヤモンド合成と
広い面積への高速析出がもとめられていた。
を基板に接触させ基板上にダイヤモンドを合成する方法
が開示されているが、内炎に基板が接触すると基板温度
の制御が困難となるため析出ダイヤモンドの質的不均
一、析出面積が狭い等の問題がある。また析出面積増大
のため基板上に内炎を走査させる方法も述べられている
が、ダイヤモンドの著しい質的低下、析出速度の低下等
が起こるため、より安定した品質のダイヤモンド合成と
広い面積への高速析出がもとめられていた。
【０００８】一方、特願平 1-98058号において函体内に
て燃焼炎による気相法ダイヤモンドを合成することによ
り、不完全燃焼領域の増加による析出速度の増大がはか
られ量産化への可能性が開かれた。しかし、これらの簡
易な手段でしかも大量の膜状或いは粒状のダイヤモンド
析出を行わせることにより各種基材へのコーティング
膜、粒状または粉末製品を実用化するためには、ダイヤ
モンドの析出領域の一層の増大と析出ダイヤモンド品質
の均一性の向上という課題が残されていた。
て燃焼炎による気相法ダイヤモンドを合成することによ
り、不完全燃焼領域の増加による析出速度の増大がはか
られ量産化への可能性が開かれた。しかし、これらの簡
易な手段でしかも大量の膜状或いは粒状のダイヤモンド
析出を行わせることにより各種基材へのコーティング
膜、粒状または粉末製品を実用化するためには、ダイヤ
モンドの析出領域の一層の増大と析出ダイヤモンド品質
の均一性の向上という課題が残されていた。
【０００９】いま一つの問題として特願平 4-29066号に
て燃焼炎のプラズマ状態を制御する手法として、一般的
燃焼炎が大気中、すなわち酸素含有雰囲気内で形成する
内炎、二次燃焼炎である外炎を分離し、独立の空間内で
燃焼させる極めて新規な手法をみいだした。この方法に
よりダイヤモンド析出空間が押し広げられたが、内外炎
分離空間でのラジカルの残存の問題、基板温度の保持の
問題、大気中での外炎処理の問題、燃焼後のガス処理の
問題等の課題が残されていた。
て燃焼炎のプラズマ状態を制御する手法として、一般的
燃焼炎が大気中、すなわち酸素含有雰囲気内で形成する
内炎、二次燃焼炎である外炎を分離し、独立の空間内で
燃焼させる極めて新規な手法をみいだした。この方法に
よりダイヤモンド析出空間が押し広げられたが、内外炎
分離空間でのラジカルの残存の問題、基板温度の保持の
問題、大気中での外炎処理の問題、燃焼後のガス処理の
問題等の課題が残されていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の目的
を達成するために、燃焼炎のプラズマ状態を制御する手
法に付き鋭意研究を重ねた結果、一般的燃焼炎が大気
中、即ち酸素含有雰囲気内で形成する内炎と二次燃焼炎
である外炎を分離し独立の空間内で燃焼させる新規な手
法をみいだした。
を達成するために、燃焼炎のプラズマ状態を制御する手
法に付き鋭意研究を重ねた結果、一般的燃焼炎が大気
中、即ち酸素含有雰囲気内で形成する内炎と二次燃焼炎
である外炎を分離し独立の空間内で燃焼させる新規な手
法をみいだした。
【００１１】更に発明者らはこの手法を函体内で行う事
により外炎の消去に成功し、またラジカル反応空間を広
げる手法を合わせ用いることにより目的を達成すること
を確認して本発明を完成した。
により外炎の消去に成功し、またラジカル反応空間を広
げる手法を合わせ用いることにより目的を達成すること
を確認して本発明を完成した。
【００１２】即ち本発明は炭素を含むダイヤモンド析出
用原料化合物、或いは、該化合物と酸素との混合ガスを
燃焼させて燃焼炎を形成させ基材上にダイヤモンドを析
出させる気相法ダイヤモンド合成法において、燃焼炎の
内外炎分離法を減圧下の函体内で行う事により、外炎を
消去して内炎を広げその押し広げられた内炎外空間中に
おいてダイヤモンドを析出させる気相法ダイヤモンド合
成法及びダイヤモンド合成用原料化合物、燃焼炎形成用
バーナー、該空間に設けられたダイヤモンド析出用基材
を有する気相法ダイヤモンド合成装置に関する。
用原料化合物、或いは、該化合物と酸素との混合ガスを
燃焼させて燃焼炎を形成させ基材上にダイヤモンドを析
出させる気相法ダイヤモンド合成法において、燃焼炎の
内外炎分離法を減圧下の函体内で行う事により、外炎を
消去して内炎を広げその押し広げられた内炎外空間中に
おいてダイヤモンドを析出させる気相法ダイヤモンド合
成法及びダイヤモンド合成用原料化合物、燃焼炎形成用
バーナー、該空間に設けられたダイヤモンド析出用基材
を有する気相法ダイヤモンド合成装置に関する。
【００１３】そして本発明においては函体内につくられ
た内炎内及び内炎外に補助励起源が存在する方法及び本
発明装置においては更に該原料化合物供給手段を含む装
置や内炎内と内炎外空間に補助励起源が存在する装置も
含まれる。この補助励起源の熱フィラメント、マイクロ
波プラズマ等はダイヤモンド析出原料より生成させるダ
イヤモンド生成前駆体であるラジカルの励起状態の均一
化及び励起状態を保持する作用がある。更に本発明にお
いては複数の燃焼炎に対応する広い分離空間を形成させ
る方法及びその方法を実施するためにバーナーが複数配
設された装置も含まれる。
た内炎内及び内炎外に補助励起源が存在する方法及び本
発明装置においては更に該原料化合物供給手段を含む装
置や内炎内と内炎外空間に補助励起源が存在する装置も
含まれる。この補助励起源の熱フィラメント、マイクロ
波プラズマ等はダイヤモンド析出原料より生成させるダ
イヤモンド生成前駆体であるラジカルの励起状態の均一
化及び励起状態を保持する作用がある。更に本発明にお
いては複数の燃焼炎に対応する広い分離空間を形成させ
る方法及びその方法を実施するためにバーナーが複数配
設された装置も含まれる。
【００１４】燃焼炎は一種のプラズマ状態であり、従来
の不完全領域を有する燃焼時には内炎中又はそのごく近
傍ではダイヤモンド析出に有用なラジカルＣＨ3 、ＣＨ
2 、Ｃ2 、ＣＨ、Ｈ等が存在するが空間寿命は限られて
いた。しかし、内外炎の分離空間を函体内に作り、減圧
状態に保持されれば、外炎は消去されてダイヤモンド生
成に有用なラジカルの存在空間を更に数倍に広げること
ができる。また内炎内或いは内炎より離れた空間に熱フ
ィラメント、マイクロ波、ＲＦ、ＥＡＣＶＤ法、光励
起、ＥＣＲプラズマ、直流放電プラズマ等の補助励起手
段を重畳してダイヤモンド析出空間を押し広げ、均一化
し、安定化することが可能である。
の不完全領域を有する燃焼時には内炎中又はそのごく近
傍ではダイヤモンド析出に有用なラジカルＣＨ3 、ＣＨ
2 、Ｃ2 、ＣＨ、Ｈ等が存在するが空間寿命は限られて
いた。しかし、内外炎の分離空間を函体内に作り、減圧
状態に保持されれば、外炎は消去されてダイヤモンド生
成に有用なラジカルの存在空間を更に数倍に広げること
ができる。また内炎内或いは内炎より離れた空間に熱フ
ィラメント、マイクロ波、ＲＦ、ＥＡＣＶＤ法、光励
起、ＥＣＲプラズマ、直流放電プラズマ等の補助励起手
段を重畳してダイヤモンド析出空間を押し広げ、均一化
し、安定化することが可能である。
【００１５】本発明に使用する燃焼用ガスとしてはメタ
ン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、エチレン、プ
ロピレン、アセチレン等の不飽和炭化水素、ベンゼン、
スチレン等の芳香族炭化水素、エチルアルコール等のア
ルコール類、アセトン等のケトン基を含む化合物、ジエ
チルエーテル等のエーテル類、その他アルデヒド化合
物、含窒素化合物、一酸化炭素等すべてが可能である。
また前述の化合物は、一種または二種以上を混合して用
いる事ができる。
ン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、エチレン、プ
ロピレン、アセチレン等の不飽和炭化水素、ベンゼン、
スチレン等の芳香族炭化水素、エチルアルコール等のア
ルコール類、アセトン等のケトン基を含む化合物、ジエ
チルエーテル等のエーテル類、その他アルデヒド化合
物、含窒素化合物、一酸化炭素等すべてが可能である。
また前述の化合物は、一種または二種以上を混合して用
いる事ができる。
【００１６】通常、例えばアセチレン、スチレン、アレ
ン、プロパン等の原料ガスに酸素を添加し、燃焼炎を形
成し、酸素添加量の調整により不完全燃焼域の体積を調
整することが可能である。又Ａｒ等の不活性ガスやＨ
2 、Ｎ2 、ＣＯ、ＣＯ2 、水蒸気等を混合して使用して
も良い。一例をあげるならば酸素−アセチレン系の場
合、Ｏ2 ／Ｃ2 Ｈ2 比０．５〜２が好ましく、より好ま
しくは０．７〜１．２である。０．７より少ない場合は
すすが発生し易い。ガス組成としては一般的に用いられ
る炭化水素や含酸素、窒素、有機化合物と水素ガスの混
合ガスが使用可能であり、これらにＡｒ等不活性ガスや
ＣＯ、ＣＯ2 、水蒸気等を混合しても良い。
ン、プロパン等の原料ガスに酸素を添加し、燃焼炎を形
成し、酸素添加量の調整により不完全燃焼域の体積を調
整することが可能である。又Ａｒ等の不活性ガスやＨ
2 、Ｎ2 、ＣＯ、ＣＯ2 、水蒸気等を混合して使用して
も良い。一例をあげるならば酸素−アセチレン系の場
合、Ｏ2 ／Ｃ2 Ｈ2 比０．５〜２が好ましく、より好ま
しくは０．７〜１．２である。０．７より少ない場合は
すすが発生し易い。ガス組成としては一般的に用いられ
る炭化水素や含酸素、窒素、有機化合物と水素ガスの混
合ガスが使用可能であり、これらにＡｒ等不活性ガスや
ＣＯ、ＣＯ2 、水蒸気等を混合しても良い。
【００１７】合成圧力は熱フィラメントが補助の場合１
〜１０００torr望ましくは２０〜８００torrである。ま
たマイクロ波が補助の場合１〜３００torr望ましくは数
〜１５０torrである。析出基材温度は３００〜１１００
℃で、より好ましくは４００〜９５０℃であり、冷却す
ることにより、この基材温度範囲に制御可能である。
〜１０００torr望ましくは２０〜８００torrである。ま
たマイクロ波が補助の場合１〜３００torr望ましくは数
〜１５０torrである。析出基材温度は３００〜１１００
℃で、より好ましくは４００〜９５０℃であり、冷却す
ることにより、この基材温度範囲に制御可能である。
【００１８】ダイヤモンド析出用基材は通常ＣＶＤ法で
用いられるものが使用できる。即ちＳｉウェハー、Ｓｉ
Ｃ焼結体、ＳｉＣ粒状物の他にＷ、ＷＣ、Ｍo 、Ｔｉ
Ｃ、ＴｉＮ、サーメット、超硬合金鋼、高速度鋼等の形
状物及び粒状物を例示できる。
用いられるものが使用できる。即ちＳｉウェハー、Ｓｉ
Ｃ焼結体、ＳｉＣ粒状物の他にＷ、ＷＣ、Ｍo 、Ｔｉ
Ｃ、ＴｉＮ、サーメット、超硬合金鋼、高速度鋼等の形
状物及び粒状物を例示できる。
【００１９】函体内の燃焼炎の分離空間に加熱励起源を
もうけラジカル存在域を広げた函体燃焼炎の一例を図１
にしめし本発明の装置の一例にもとずいて説明する。
もうけラジカル存在域を広げた函体燃焼炎の一例を図１
にしめし本発明の装置の一例にもとずいて説明する。
【００２０】図１においてはＡは函体（反応容器）、１
１は円筒状バーナー、１２は火口、１３はガス導入口、
１４は内炎（フェーザー）、１５は白心（コアー）、１
６は加熱励起源、１７はダイヤモンド析出用基板、１８
は水冷支持台、１９はのぞき窓、２０は排気口である。
この装置においては反応容器Ａ内のバーナー１１に、燃
焼用ガスと支燃剤である酸素との混合ガスを供給点火
し、燃焼炎を形成し、減圧下の函体内においては外炎形
成に必要な酸素が消費されれば自ずと外炎は消去され
る、即ち燃焼炎の分離空間を生ずる。或いは函体内の圧
力を問わず点火前に窒素または不活性ガスで函体内を置
換し、点火後に外炎形成に必要な酸素を遮断すれば燃焼
内炎１４が外炎を伴わずに形成できる。函体からは排気
口２０を通じて反応をおえたガスを排気する。函体内に
おいて外炎を消去された炎は白心と内炎のみとなり、し
かも減圧につれてそのプラズマ空間域は広がることが観
察されている。
１は円筒状バーナー、１２は火口、１３はガス導入口、
１４は内炎（フェーザー）、１５は白心（コアー）、１
６は加熱励起源、１７はダイヤモンド析出用基板、１８
は水冷支持台、１９はのぞき窓、２０は排気口である。
この装置においては反応容器Ａ内のバーナー１１に、燃
焼用ガスと支燃剤である酸素との混合ガスを供給点火
し、燃焼炎を形成し、減圧下の函体内においては外炎形
成に必要な酸素が消費されれば自ずと外炎は消去され
る、即ち燃焼炎の分離空間を生ずる。或いは函体内の圧
力を問わず点火前に窒素または不活性ガスで函体内を置
換し、点火後に外炎形成に必要な酸素を遮断すれば燃焼
内炎１４が外炎を伴わずに形成できる。函体からは排気
口２０を通じて反応をおえたガスを排気する。函体内に
おいて外炎を消去された炎は白心と内炎のみとなり、し
かも減圧につれてそのプラズマ空間域は広がることが観
察されている。
【００２１】図２においては、基本的構造としては函体
を用いた図１と同じであるが加熱励起源にかわってマイ
クロ波プラズマを用いるもので、その概要はＡは函体
（反応容器）、２１は石英管のマイクロ波導波管で２２
のプランジャ−によって２３のプラズマを内炎とマッチ
するように形成させる。プラズマは一定の減圧下で生じ
る。２８の覗き窓から２７の水冷支持台上にセットされ
た２６の基板を観察し、反応を終えたガスは２９の排気
口を通じて排気する。
を用いた図１と同じであるが加熱励起源にかわってマイ
クロ波プラズマを用いるもので、その概要はＡは函体
（反応容器）、２１は石英管のマイクロ波導波管で２２
のプランジャ−によって２３のプラズマを内炎とマッチ
するように形成させる。プラズマは一定の減圧下で生じ
る。２８の覗き窓から２７の水冷支持台上にセットされ
た２６の基板を観察し、反応を終えたガスは２９の排気
口を通じて排気する。
【００２２】図３には多数の小孔を有する燃焼炎バーナ
ー火口の函体内における圧力と炎との関係について述べ
る。最初に常圧にちかい７５０torrにおいては炎の広が
りは少なく白心の両側の噴出方向の延長線上に生ずる角
度を炎の開口角となずけると、それは約３０°であり白
心の伸びも小さく内炎の直下に置かれた加熱励起源によ
って生ずるラジカルの励起空間も小さく、従って基板上
のダイヤモンドの析出域も広がらない。しかし、真空度
を高め５００torrに保持すると開口角は６０°に広が
る。更に真空度を高め３００torrに保持すると開口角は
９０°に広がり析出域は７５０torrの数倍に達すること
が見いだされた。
ー火口の函体内における圧力と炎との関係について述べ
る。最初に常圧にちかい７５０torrにおいては炎の広が
りは少なく白心の両側の噴出方向の延長線上に生ずる角
度を炎の開口角となずけると、それは約３０°であり白
心の伸びも小さく内炎の直下に置かれた加熱励起源によ
って生ずるラジカルの励起空間も小さく、従って基板上
のダイヤモンドの析出域も広がらない。しかし、真空度
を高め５００torrに保持すると開口角は６０°に広が
る。更に真空度を高め３００torrに保持すると開口角は
９０°に広がり析出域は７５０torrの数倍に達すること
が見いだされた。
【００２３】なお、本発明においては前述のように複数
のバーナーを設けて複数の燃焼炎を形成させることによ
りダイヤモンドの合成領域が拡大される。図４はその基
本的な一例を示す。４１は先端に複数の火口４２を有す
るバーナーであり、図４においては火口の数は４個であ
る。バーナーは図１と同様にその外周部にスリット部を
有する（図では省略）。更に図５は函体の左右に複数バ
ーナーを配置し基板支持台５６を回転させることで、長
尺円筒形５５の表面にダイヤモンドをコ−ティングさせ
ることが可能な装置である。
のバーナーを設けて複数の燃焼炎を形成させることによ
りダイヤモンドの合成領域が拡大される。図４はその基
本的な一例を示す。４１は先端に複数の火口４２を有す
るバーナーであり、図４においては火口の数は４個であ
る。バーナーは図１と同様にその外周部にスリット部を
有する（図では省略）。更に図５は函体の左右に複数バ
ーナーを配置し基板支持台５６を回転させることで、長
尺円筒形５５の表面にダイヤモンドをコ−ティングさせ
ることが可能な装置である。
【００２４】
【実施例】以下本発明を実施例、比較例により説明す
る。
る。
【００２５】実施例１ 図１に示す装置を用いた。円筒状バーナーはアセチレン
バーナーを用い、ガス導入口と火口の間のバーナー本体
の竿状部をＯリングでスライドさせ火口とダイヤモンド
析出用基板との距離を調節し、４０ｍｍ、５０ｍｍに固
定して二回の実験を行った。なおアセチレン量は３. ０
l/min 、酸素量は２. ５l/min 函体内の圧力は５００to
rrとした。内炎の炎長は約３０ｍｍに達した。また加熱
励起源として熱フィラメントを火口直下３５ｍｍの所に
水平に二本１０ｍｍの間隔で張り、約２０００℃に昇温
した。厚さ５ｍｍ、長さ２０ｍｍ角のＭo 基板を水冷支
持台上に固定し水冷により８５０℃に保ち、この状態で
６０分間保持し、基板冷却後に基板表面を光学顕微鏡観
察を行ったところ以下に示す析出状態であつた。各々の
場合自形の非常に発達した結晶から各自形面が良く観察
される結晶まで各々の基材に析出していることを確認し
た。更にこれらのダイヤモンドの顕微ラマン分光分析を
行った結果ラマンシフト１３３３ｃｍ-1にダイヤモンド
結晶によるピ−クを認めた。
バーナーを用い、ガス導入口と火口の間のバーナー本体
の竿状部をＯリングでスライドさせ火口とダイヤモンド
析出用基板との距離を調節し、４０ｍｍ、５０ｍｍに固
定して二回の実験を行った。なおアセチレン量は３. ０
l/min 、酸素量は２. ５l/min 函体内の圧力は５００to
rrとした。内炎の炎長は約３０ｍｍに達した。また加熱
励起源として熱フィラメントを火口直下３５ｍｍの所に
水平に二本１０ｍｍの間隔で張り、約２０００℃に昇温
した。厚さ５ｍｍ、長さ２０ｍｍ角のＭo 基板を水冷支
持台上に固定し水冷により８５０℃に保ち、この状態で
６０分間保持し、基板冷却後に基板表面を光学顕微鏡観
察を行ったところ以下に示す析出状態であつた。各々の
場合自形の非常に発達した結晶から各自形面が良く観察
される結晶まで各々の基材に析出していることを確認し
た。更にこれらのダイヤモンドの顕微ラマン分光分析を
行った結果ラマンシフト１３３３ｃｍ-1にダイヤモンド
結晶によるピ−クを認めた。
【００２６】結果を次に示す。 No. 基板設定距離 析出状況 析出量 ラマンシフト 1333cm-1 1550cm-1近辺 １．４０ｍｍ 全面膜状析出７〜８μ粒 10.4mg 非常に鋭く 全くなし (111)面がほとんど 高いピーク ２．５０ｍｍ 全面膜析出５〜６μ位の 7.8mg 鋭い No.１ ほとんどなし (111),(100)面の混合粒 の７割の高さ
【００２７】実施例２ 図２に示す装置を用いた。基本的には実施例１と同型の
装置であるがマイクロ波発生装置を具備している。円筒
状アセチレンバーナーを用い、火口は同心円二重スリッ
ト形を使用した。火口とダイヤモンド析出用基板との距
離を調節し、火口より５０ｍｍと７０ｍｍに固定し二回
の実験を行った。なおアセチレン量は３. ０l/min 、酸
素量は２. ５l/min とし、函体内圧力は１００torrと
し、その時内炎長は約４０ｍｍに達した。一方、石英管
により導波されたマイクロ波はプランジャーで調節され
内炎の下に楕円状プラズマ（高さ３０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ）を生じさせた。従って基板は内炎直下１０ｍｍのプ
ラズマ内と３０ｍｍ直下のプラズマの境界域に置かれた
ことになる。２０ｍｍ角、５ｍｍ厚のＭO 基板を水冷支
持台上に固定し８５０℃に保った。この状態で６０分間
保持し、基板冷却後に基板表面を光学顕微鏡観察を行
い、更に顕微ラマン分光分析を行った。以下にその結果
を示す。
装置であるがマイクロ波発生装置を具備している。円筒
状アセチレンバーナーを用い、火口は同心円二重スリッ
ト形を使用した。火口とダイヤモンド析出用基板との距
離を調節し、火口より５０ｍｍと７０ｍｍに固定し二回
の実験を行った。なおアセチレン量は３. ０l/min 、酸
素量は２. ５l/min とし、函体内圧力は１００torrと
し、その時内炎長は約４０ｍｍに達した。一方、石英管
により導波されたマイクロ波はプランジャーで調節され
内炎の下に楕円状プラズマ（高さ３０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ）を生じさせた。従って基板は内炎直下１０ｍｍのプ
ラズマ内と３０ｍｍ直下のプラズマの境界域に置かれた
ことになる。２０ｍｍ角、５ｍｍ厚のＭO 基板を水冷支
持台上に固定し８５０℃に保った。この状態で６０分間
保持し、基板冷却後に基板表面を光学顕微鏡観察を行
い、更に顕微ラマン分光分析を行った。以下にその結果
を示す。
【００２８】 No. 基板設定距離 析出状況 析出量 ラマンシフト 1333cm-1 1550cm-1 １．５０ｍｍ 全面膜析出５〜６μ位 6.6mg かなり鋭く 全くなし の(111) 主体の自形粒 高いピ−ク ２．７０ｍｍ 全面膜析出４〜５μ位 5.4mg No.１の７ ほとんど の(111) が多い自形粒 割のピーク なし
【００２９】比較例１ 実施例１と同様の装置を用いた。なお加熱励起源は装着
していない。円筒状アセチレンバーナーを使用し、火口
とダイヤモンド析出用基板との距離を調節し、２０ｍ
ｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍに固定し, 三回の実験を行っ
た。なおアセチレン量は３. ０l/min 、酸素量は２. ５
l/min 、函体内圧力は５００torrとした。また内炎長は
約３０ｍｍに達した。２０ｍｍ角、５ｍｍ厚みのＭo 基
板を水冷支持台上に固定し、基板温度を８５０℃に保っ
た。この状態で６０分間保持し、基板冷却後、基板表面
を光学顕微鏡観察を行い、更に顕微ラマン分光分析を行
った。以下にその結果を示す。
していない。円筒状アセチレンバーナーを使用し、火口
とダイヤモンド析出用基板との距離を調節し、２０ｍ
ｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍに固定し, 三回の実験を行っ
た。なおアセチレン量は３. ０l/min 、酸素量は２. ５
l/min 、函体内圧力は５００torrとした。また内炎長は
約３０ｍｍに達した。２０ｍｍ角、５ｍｍ厚みのＭo 基
板を水冷支持台上に固定し、基板温度を８５０℃に保っ
た。この状態で６０分間保持し、基板冷却後、基板表面
を光学顕微鏡観察を行い、更に顕微ラマン分光分析を行
った。以下にその結果を示す。
【００３０】 No. 基板設定距離 析出状況 析出量 ラマンシフト 1333cm-1 1550cm-1 １．２０ｍｍ 全面膜析出３〜４μ位 4.0mg 鋭く、高い ほとんど の(111) 面の自形粒多い ピ−ク なし ２．４０ｍｍ 膜状、所々に欠落あり 2.0mg No. １の５ ブロードな ２μ位の自形粒も含む 割のピーク 低いピーク ３．５０ｍｍ 島状に０. ５μ程度の 1.2mg No.１の１ ブロ−ドな 自形崩れ粒が多数分散 割のピーク ピーク
【００３１】
【発明の効果】燃焼炎を函体内において形成し、外炎を
消去し内炎のみとし、該内炎内または内炎の外の函体内
空間に補助励起源を設置し励起された空間及びその周辺
の空間中においてダイヤモンドを析出する本発明は合成
領域の著しい拡大が可能で且つ安定した反応条件が容易
に得られるという特徴を有する。
消去し内炎のみとし、該内炎内または内炎の外の函体内
空間に補助励起源を設置し励起された空間及びその周辺
の空間中においてダイヤモンドを析出する本発明は合成
領域の著しい拡大が可能で且つ安定した反応条件が容易
に得られるという特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための装置の実施例の断
面図。
面図。
【図２】本発明方法を実施するための装置の他の実施例
の断面図。
の断面図。
【図３】本発明を実施する場合の装置内での圧力による
反応領域拡大の事例の断面図。
反応領域拡大の事例の断面図。
【図４】本発明を実施するための装置であって、複数の
バーナーを有する実施例の一つの断面図。
バーナーを有する実施例の一つの断面図。
【図５】本発明を実施するための装置であって、複数の
バーナーを有する他の実施例の断面図。
バーナーを有する他の実施例の断面図。
１１ バーナー １２ 火口 １３ ガス導入管 １４ 内炎 １５ 白心 １６ 加熱励起源 １７ ダイヤモンド析出用基板 １８ 水冷支持台 １９ 覗き窓 ２０ 排気口 Ａ 反応容器 ２２ プランジャ− ２３ 励起空間 ２４ 内炎 ２５ 白心 ２６ ダイヤモンド析出用基板 ２７ 水冷支持台 ２８ 覗き窓 ２９ 排気口 ３３ 火口 ３４ 内炎 ３５ 白心 ３６ 加熱励起源 ３７ ダイヤモンド析出用基板 ４１ バーナー ４２ 火口（複数） ４３ 加熱励起源 ４４ 内炎 ４５ ダイヤモンド析出用基板 ４６ 支持台 ４７ 覗き窓 ４８ 排気口 ５１ バーナー（複数） ５２ 火口 ５３ 加熱励起源 ５４ 内炎 ５５ ダイヤモンド析出基板 ５６ 回転支持台 ５７ 覗き窓 ５８ 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−74795（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 29/04
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素を含むダイヤモンド析出用原料化合
物，或いは該化合物と酸素の混合ガスを燃焼させて燃焼
炎を形成させ、基材上にダイヤモンドを析出させる合成
法において、燃焼炎を函体内において形成し内炎のみと
し、該内炎が基材に接しない設定とし、該内炎または内
炎の外の函体内に内炎と基材間に補助励起空間を設置
し、励起された空間及びその周辺の空間中においてダイ
ヤモンドを析出させる気相法ダイヤモンドの合成法。 - 【請求項２】 形成される燃焼炎は複数である請求項１
記載の気相法ダイヤモンドの合成法。 - 【請求項３】 炭素を含むダイヤモンド析出用原料化合
物、或いは該化合物と酸素の混合ガスを燃焼させて燃焼
炎を形成させ、基材上にダイヤモンドを析出させる合成
法において、燃焼炎を函体内において形成し内炎のみと
し、内炎が基材に接しない設定とし、該内炎内または内
炎の外の函体内に内炎と基材間に補助励起空間を設置
し、励起された空間及びその周辺の空間中においてダイ
ヤモンドを析出させる気相法ダイヤモンドの合成装置。 - 【請求項４】 形成される燃焼炎は複数である請求項３
記載の気相法ダイヤモンドの合成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27562793A JP2820604B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27562793A JP2820604B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07133195A JPH07133195A (ja) | 1995-05-23 |
| JP2820604B2 true JP2820604B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=17558095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27562793A Expired - Fee Related JP2820604B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820604B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4441602B2 (ja) * | 2003-06-10 | 2010-03-31 | 学校法人立命館 | ダイヤモンド膜の形成方法及び形成用基材 |
-
1993
- 1993-11-04 JP JP27562793A patent/JP2820604B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07133195A (ja) | 1995-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2597497B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| US5674572A (en) | Enhanced adherence of diamond coatings employing pretreatment process | |
| US5174983A (en) | Flame or plasma synthesis of diamond under turbulent and transition flow conditions | |
| JP2820604B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置 | |
| JP2597498B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| JP2754259B2 (ja) | 燃焼炎法透明性ダイヤモンドの合成法 | |
| JP2619557B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| JPH0255294A (ja) | 気相法ダイアモンドの合成法 | |
| JP2651773B2 (ja) | 気相法ダイヤモンド合成法及び合成装置 | |
| JP2752753B2 (ja) | 燃焼炎によるダイヤモンドの合成法 | |
| JP2581330B2 (ja) | 燃焼炎によるダイヤモンドの合成法 | |
| JPH02267193A (ja) | 燃焼炎法ダイヤモンド合成方法及び合成用ガスバーナー | |
| JP2680676B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| JP2839612B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| US5273618A (en) | Apparatus for vapor-phase synthesis of diamond and method for vapor-phase synthesis of diamond | |
| JPS63117993A (ja) | ダイヤモンドの気相合成法 | |
| JPH02192491A (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| JPH02196094A (ja) | 燃焼炎によるダイヤモンドの合成方法 | |
| JP2633074B2 (ja) | 気相法ダイヤモンド合成装置 | |
| JPS60200896A (ja) | 繊維状ダイヤモンドの合成法 | |
| JPH06128085A (ja) | ダイヤモンド膜の形成方法 | |
| JPH01203295A (ja) | 気相法ダイヤモンドの合成法 | |
| JP2833839B2 (ja) | 気相法ダイヤモンドのコーティング方法 | |
| JPH0393640A (ja) | 連続的気相法ダイヤモンド粒の製造方法 | |
| JPS6357007A (ja) | 気相法によるダイヤモンド合成法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |