JP3390803B2 - Diamond synthesis method and apparatus - Google Patents

Diamond synthesis method and apparatus

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JP3390803B2
JP3390803B2 JP04116597A JP4116597A JP3390803B2 JP 3390803 B2 JP3390803 B2 JP 3390803B2 JP 04116597 A JP04116597 A JP 04116597A JP 4116597 A JP4116597 A JP 4116597A JP 3390803 B2 JP3390803 B2 JP 3390803B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の利用分野】この発明はシンクロトロン放射光
(Synchrotron Radiation 、以下、単に「SR光」と略
す。)を用いてダイヤモンドを合成するダイヤモンドの
合成方法及びその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond synthesizing method and apparatus for synthesizing diamond by using Synchrotron Radiation (hereinafter abbreviated as "SR light").

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のダイヤモンドの人工的合成につ
いての従来技術としては、レーザ光を利用する代表的な
方法として特開平6−24896号公報に開示の方法が
存在し、レーザアブレーションを利用する代表的な方法
として特開平6−234594号公報に開示される方法
が存在する。前者の公報に開示の方法は、炭素原子を含
む化合物が水素ガスで希釈された原料ガスを用いて、気
相により基板上にダイヤモンドを合成する方法で、所定
の範囲内のレーザ光を前記原料ガス中または前記基板上
に照射することによって、前記化合物および水素ガスを
分解させ、基板にダイヤモンドを合成する方法である。
又、後者の公報に開示の方法は、反応チャンバ内に設け
たグラファイトからなるターゲットを、レーザアブレー
ションにより炭素粒子を飛散させて、これを基板上で光
化学反応によって反応させてダイヤモンド薄膜を形成す
る方法である。
2. Description of the Related Art As a conventional technique for artificially synthesizing diamond of this kind, there is a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-24896 as a typical method using laser light, and laser ablation is used. As a typical method, there is a method disclosed in JP-A-6-234594. The method disclosed in the former publication is a method of synthesizing diamond on a substrate in a vapor phase by using a raw material gas in which a compound containing a carbon atom is diluted with hydrogen gas, and a laser beam within a predetermined range is used as the raw material. By irradiating in gas or on the substrate, the compound and hydrogen gas are decomposed to synthesize diamond on the substrate.
Further, the method disclosed in the latter publication is a method of forming a diamond thin film by causing carbon particles to fly by a laser ablation on a target made of graphite provided in a reaction chamber and reacting the carbon particles by a photochemical reaction on a substrate. Is.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前者の公報に開示の方
法は、原料ガスのレーザ光による光分解に基づく気相合
成法であるために、再現性がよくないという問題があ
る。又、ラマン分光分析での1333cm-1におけるダ
イヤモンドピークがでにくいという問題点がある。加え
て、基板温度を高温に保持しなければならないという問
題点がある。又、後者の公報に開示の方法は、レーザ光
をグラファイトからなるターゲットに照射して生じるレ
ーザアブレーションを利用しているために、ダイヤモン
ドの核発生の密度が低く、薄膜が形成されるというより
も粒子の塊りが生成される程度であるという膜質上の問
題点がある。又、基板にSR光を照射する必要があると
共に熱源により高温に温めておかなければ、ダイヤモン
ドの合成が効率が弱くなるという問題点がある。
The method disclosed in the former publication has a problem that the reproducibility is not good because it is a vapor phase synthesis method based on photodecomposition of a source gas by laser light. Further, there is a problem that a diamond peak at 1333 cm -1 in Raman spectroscopic analysis is hard to appear. In addition, there is a problem that the substrate temperature must be kept high. Further, since the method disclosed in the latter publication uses laser ablation generated by irradiating a target made of graphite with laser light, the density of diamond nucleation is low and a thin film is formed rather than being formed. There is a problem in terms of film quality that a lump of particles is generated. Further, there is a problem that the efficiency of the synthesis of diamond becomes weak unless the substrate needs to be irradiated with SR light and the substrate is not heated to a high temperature.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明は上記事情に鑑
みてなされたものであって、その手段とするところは、
請求項1においては、少なくとも炭素と水素の原子を含
む気体状あるいは液体状の流体物質を凝固させてなる凝
固ターゲット物質に、SR光を照射してアブレーション
を発生させて、基板上にダイヤモンドを生成させるダイ
ヤモンド合成方法としたところにある。請求項2におい
ては、前記請求項1の手段において、レーザ光を照射さ
せてから、SR光を照射してアブレーションを発生させ
るダイヤモンド合成方法としたところにある。請求項3
においては、前記アブレーションを、窒素あるいはボロ
ンなどを含むガスの存在の中で発生させるところにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the means therefor are as follows.
In Claim 1, SR light is irradiated to a coagulation target substance obtained by coagulating a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms to cause ablation to generate diamond on a substrate. There is a method of synthesizing diamond. According to a second aspect of the present invention, in the means of the first aspect, a diamond synthesis method is used in which laser light is irradiated and then SR light is irradiated to generate ablation. Claim 3
In, the ablation is generated in the presence of a gas containing nitrogen or boron.

【0005】請求項4においては、反応チャンバと、該
反応チャンバ内に少なくとも炭素と水素の原子を含む気
体状あるいは液体状の流体物質を供給する供給装置と、
供給された前記気体状あるいは液体状の流体物質を凝固
させて凝固ターゲット物質を形成する凝固装置と、この
凝固ターゲット物質を反応チャンバ内で保持する保持台
と、この保持台に保持された凝固ターゲット物質にSR
光を照射する装置と、このSR光の照射によって生じる
アブレーションに対向して前記反応チャンバ内に設けた
ダイヤモンド生成用の基板とを有するダイヤモンド合成
装置としたところにある。請求項5においては、前記請
求項4の手段において、保持台に保持された凝固ターゲ
ット物質にレーザ光及びSR光を照射する装置としたダ
イヤモンド合成装置としたところにある。
According to another aspect of the present invention, there is provided a reaction chamber, and a supply device for supplying a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms into the reaction chamber.
A solidification device for solidifying the supplied gaseous or liquid fluid substance to form a solidification target substance, a holding table for holding the solidification target substance in the reaction chamber, and a solidification target held on the holding table. SR to substance
The diamond synthesizing apparatus has a device for irradiating light and a substrate for diamond production provided in the reaction chamber facing the ablation caused by the irradiation of SR light. According to a fifth aspect of the present invention, in the means of the fourth aspect, the diamond synthesizing device is a device for irradiating the solidification target material held on the holding table with laser light and SR light.

【0006】請求項6においては、反応チャンバと、該
反応チャンバ内において少なくとも炭素と水素の原子を
含む気体状あるいは液体状の流体物質を凝固させた凝固
ターゲット物質を保持する保持台と、この保持台に保持
された凝固ターゲット物質にSR光を照射する装置と、
このSR光の照射によって生じるアブレーションに対向
して前記反応チャンバ内に設けたダイヤモンド生成用の
基板とを有するダイヤモンド合成装置としたところにあ
る。請求項7においては、前記請求項6の手段におい
て、保持台に保持された凝固ターゲット物質にレーザ光
及びSR光を照射する装置としたダイヤモンド合成装置
としたところにある。また、請求項8においては、前記
反応チャンバ内に窒素あるいはボロンなどを含むガスが
存在するダイヤモンド合成装置としたところにある。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a reaction chamber, a holding base for holding a solidification target substance obtained by solidifying a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms in the reaction chamber, and the holding table. An apparatus for irradiating a solidification target substance held on a table with SR light,
The diamond synthesizing apparatus has a substrate for diamond production provided in the reaction chamber facing the ablation caused by the SR light irradiation. According to a seventh aspect of the present invention, in the means of the sixth aspect, the diamond synthesizing device is a device for irradiating the solidification target substance held on the holding table with laser light and SR light. In the eighth aspect, the diamond synthesizing apparatus has a gas containing nitrogen or boron in the reaction chamber.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について説
明する。このダイヤモンド合成方法は、少なくとも炭素
と水素の原子を含む気体状あるいは液体状の流体物質を
凝固させてなる凝固ターゲット物質に、SR光を照射し
てアブレーションを発生させて、基板上にダイヤモンド
を生成させるダイヤモンド合成方法としたところにあ
る。そして、この方法を具現化するダイヤモンド合成装
置の第1実施例としては、図1、図2に示すように、反
応チャンバ1と、該反応チャンバ1内において少なくと
も炭素と水素の原子を含む気体状あるいは液体状の流体
物質である原料2を凝固させた凝固ターゲット物質3を
保持する保持台4と、この保持台4に保持された凝固タ
ーゲット物質3にSR光5を照射するSR光源を有する
SR装置6と、このSR光5の照射によって生じるアブ
レーションに対向して前記反応チャンバ1内に設けたダ
イヤモンド生成用の基板7とを有すると共に、原料2
を、原料供給管8を通じて前記保持台4上方に噴出して
導入できるようになっている装置である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described. According to this diamond synthesis method, SR light is irradiated to a solidification target material obtained by solidifying a gaseous or liquid fluid material containing at least carbon and hydrogen atoms to cause ablation to generate diamond on a substrate. There is a method of synthesizing diamond. As a first embodiment of a diamond synthesizing apparatus for embodying this method, as shown in FIGS. 1 and 2, a reaction chamber 1 and a gaseous state containing at least carbon and hydrogen atoms in the reaction chamber 1 are used. Alternatively, an SR having a holding table 4 for holding the solidification target material 3 obtained by solidifying the raw material 2 which is a liquid fluid substance, and an SR light source for irradiating the solidification target material 3 held on the holding table 4 with SR light 5 The apparatus 6 and the substrate 7 for diamond production provided in the reaction chamber 1 facing the ablation caused by the irradiation of the SR light 5, and the raw material 2
Is a device capable of being jetted and introduced above the holding table 4 through the raw material supply pipe 8.

【0008】原料2となる少なくとも炭素と水素の原子
を含む物質としては、メタンなどのパラフィン炭化水素
(Cn 2n+2)、エチレンなどのオレフィン炭化水素
(Cn2n)、アセチレンなどのアセチレン炭化水素、
メタノールなどのアルコール、メチルエーテルなどのエ
ーテル、メタナールなどのアルデヒド、アセトンなどの
ケトン、ベンゼンなどの芳香族化合物などが挙げられ
る。これらは物質は気体であっても、液体であっても、
あるいは固体や粉末状のものを溶媒で溶かして液体にし
たものであってもよく、更には気体と液体とが混合した
ものであってもよい。要するに、気体、液体及び気体と
液体の混合されたいずれの上記物質の流体も、この発明
の原料として使用できる。
Examples of the raw material 2 containing at least carbon and hydrogen atoms include paraffin hydrocarbons (C n H 2n + 2 ) such as methane, olefin hydrocarbons (C n H 2n ) such as ethylene, acetylene and the like. Acetylene hydrocarbon,
Examples thereof include alcohols such as methanol, ethers such as methyl ether, aldehydes such as methanal, ketones such as acetone, and aromatic compounds such as benzene. Whether these substances are gases or liquids,
Alternatively, it may be a solid or powdery substance dissolved in a solvent to form a liquid, or may be a mixture of a gas and a liquid. In short, fluids of gases, liquids and any of the above substances in which gas and liquid are mixed can be used as the raw material of the present invention.

【0009】前記保持台4は、冷媒供給管9を通じて供
給される冷媒10によって冷却される冷却器(凝固装
置)11と熱伝導可能に接続されているので、低温状態
を維持し易くなっている。冷媒10としては、液体窒
素、液体ヘリウム、ドライアイス、氷などの中から原料
2の凝固温度に見合ったものが適宜選択使用される。冷
却器11はこれら冷媒10によって直接冷却されるもの
を例示したが、その他の手段、例えば、冷凍、冷却機に
よって冷却してもよい。又、保持台4は、熱伝導率の良
い金属板、例えば、銅、ステンレスなどが適している
が、他の材質のものでもよい。この保持台4と冷却器
(凝固装置)11は、この実施例のように別個に形成し
たものでも、一体に形成して一方が他方を兼ねるように
したものでもよく、いずれもこの発明の範囲に含まれる
ものである。
Since the holding table 4 is connected to the cooler (solidifying device) 11 cooled by the refrigerant 10 supplied through the refrigerant supply pipe 9 so as to be capable of conducting heat, it is easy to maintain the low temperature state. . As the refrigerant 10, a material suitable for the solidification temperature of the raw material 2 is appropriately selected from liquid nitrogen, liquid helium, dry ice, ice, and the like. Although the cooler 11 is illustrated as being directly cooled by these refrigerants 10, it may be cooled by other means such as refrigeration or a cooler. The holding table 4 is preferably made of a metal plate having good thermal conductivity, such as copper or stainless steel, but may be made of another material. The holder 4 and the cooler (solidifying device) 11 may be formed separately as in this embodiment, or may be integrally formed so that one of them also serves as the other. Are included in.

【0010】そして、この保持台4に相対向して、ケイ
素、石英、金属板などからなるダイヤモンド生成用の基
板7が反応チャンバ1内に設けられており、この基板7
の保持台4に対向する表面にダイヤモンドが生成され
る。この発明においては、基板7が熱源12によって高
温状態を維持しなくてもダイヤモンドが生成されるが、
膜質制御や生成効率を高めるためには熱源12を設けて
もよい。
A substrate 7 for diamond production made of silicon, quartz, a metal plate or the like is provided in the reaction chamber 1 so as to face the holding table 4, and the substrate 7 is provided.
Diamond is generated on the surface of the holding table 4 facing the. In the present invention, diamond is generated even if the substrate 7 is not kept at a high temperature by the heat source 12.
A heat source 12 may be provided in order to control the film quality and enhance the production efficiency.

【0011】反応チャンバ1内は、アブレーションが発
生し易いようにターボモレキュラポンプなどの排気装置
13によって、減圧されて真空状態が維持されている。
しかし、SR光のアブレーションによるダイヤモンドの
合成は、酸素中でも可能であるので、この排気装置13
は必須ではないが、使用すれば生成効率が向上する利点
がある。また、SR装置6から放射されるSR光5が、
集光ミラー14を通過して凝固ターゲット物質3に照射
された場合には、アブレーションが効率的に発生する利
点があるが、集光ミラー14を通過させない場合でも十
分にアブレーションの発生を行えるので、必須の要件で
はないものである。
The inside of the reaction chamber 1 is decompressed and maintained in a vacuum state by an exhaust device 13 such as a turbo molecular pump so that ablation easily occurs.
However, since it is possible to synthesize diamond by ablation of SR light even in oxygen, this exhaust device 13
Is not essential, but has the advantage of increasing production efficiency if used. Further, the SR light 5 emitted from the SR device 6 is
When the solidification target material 3 is irradiated with light passing through the condensing mirror 14, there is an advantage that ablation is efficiently generated, but since ablation can be sufficiently generated even when the condensing mirror 14 is not passed, It is not a mandatory requirement.

【0012】前記したSR装置6から放射されるSR光
5は、レーザ光と異なり波長は連続光であり、位相はば
らばらであるという特性を有している。しかし、レーザ
光よりも波長が短い軟X線、真空紫外線を含み照射した
物質に内殻電子励起反応を生起させることができる。ま
た、単位時間に単位面積を通過する光量を表すフォトン
・フラックス(phs./sec・mA・mm2 ・ 0.1% bw)は、凝
固ターゲット物質にアブレーションを生起せしめる「し
きい値」より大きい値でなくてはならない。このため
に、SR装置6の蓄積電子量を大きくすることや、SR
装置6からターゲット物質までの距離をできるだけ短く
してフォトン・フラックスの値を大きくすることが行わ
れている。また、ビームラインでも集光器を設け、単位
面積でフォトン・フラックスを増大せしめることが行わ
れている。このようにして、高線束密度を達成すること
がSRアブレーションを発生せしめる光源としての要件
である。
Unlike the laser light, the SR light 5 emitted from the SR device 6 has the characteristics that the wavelength is continuous light and the phases are scattered. However, it is possible to cause a core-electron excitation reaction in a substance irradiated with soft X-rays and vacuum ultraviolet rays having a wavelength shorter than that of laser light. In addition, the photon flux (phs./sec·mA·mm 2 · 0.1% bw), which represents the amount of light that passes through a unit area in a unit time, is a value larger than the “threshold” that causes ablation of the coagulation target substance. Must-have. For this reason, increasing the amount of stored electrons in the SR device 6 and
The distance from the device 6 to the target material is made as short as possible to increase the value of photon flux. In addition, a condenser is also provided in the beam line to increase the photon flux in a unit area. In this way, achieving a high flux density is a requirement for a light source that causes SR ablation.

【0013】次に、上記した装置を用いて、ダイヤモン
ドが合成される過程を説明する。まず、原料2である少
なくとも炭素と水素の原子を含む気体状あるいは液体状
の流体物質を、原料供給管(供給装置)8を通じて、冷
却器11によって冷却されている保持台4の上面に噴出
する。すると、この原料2が保持台4の上面で凝固す
る。この時、原料2が気体の場合には霜のような状態で
凝固し、液体の場合には氷のように凝固して、凝固ター
ゲット物質3となる。この凝固ターゲット物質3に前記
したしきい値より大きいフォトン・フラックスの光量を
有するSR光5が照射されることによって、凝固ターゲ
ット物質表面で結合開裂を爆発的に起こし、これによっ
てその分解片である炭素、炭素を含むラジカル及び水素
がプラズマ状態となり、発光を伴いながら超音速で飛散
する現象、すなわちアブレーションが発生し、この飛散
した分解片・炭素が基板に堆積して成長してゆき、ダイ
ヤモンドの膜が生成されるに至るのである。
Next, a process of synthesizing diamond using the above-mentioned apparatus will be described. First, a raw material 2 which is a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms is jetted through a raw material supply pipe (supply device) 8 onto the upper surface of a holding table 4 cooled by a cooler 11. . Then, the raw material 2 is solidified on the upper surface of the holding table 4. At this time, when the raw material 2 is a gas, it solidifies in a frost-like state, and when it is a liquid, it solidifies like ice to become the solidification target substance 3. By irradiating the coagulation target material 3 with the SR light 5 having a photon flux amount larger than the above-mentioned threshold value, an explosive bond cleavage occurs on the surface of the coagulation target material, which is a decomposed fragment thereof. A phenomenon in which carbon, radicals containing carbon, and hydrogen become a plasma state and scatter at supersonic speed while emitting light, that is, ablation occurs, and these scattered fragments and carbon grow and accumulate on the substrate, The film is formed.

【0014】ターゲット物質が少なくとも炭素と水素の
原子を含む気体状あるいは液体状の流体物質の凝固した
ものである本発明の場合には、このようなSR光5の照
射によって炭素が原子・分子単位に結合開裂してアブレ
ーションが生じるためダイヤモンドが生成されるのであ
るが、従来使用されているグラファイトのような固体の
場合には、原子単位でのみ結合開裂が生じるために、凝
固ターゲット物質3に置き換えて原料として使用しても
ダイヤモンドの生成が生じない。また、ダイヤモンド生
成に必要な水素は外部から供給することになる。
In the case of the present invention in which the target substance is a solidified gas or liquid fluid substance containing at least atoms of carbon and hydrogen, carbon is converted into atomic or molecular units by irradiation of such SR light 5. Diamond is generated due to bond cleavage and ablation, but in the case of a conventionally used solid such as graphite, bond cleavage occurs only in atomic units, and therefore it is replaced with the solidification target substance 3. Even if used as a raw material, diamond is not generated. In addition, hydrogen required for diamond production is supplied from the outside.

【0015】上記した第1実施例においては、原料2を
連続的に保持台4の上面に供給して、アブレーションに
よって減少した凝固ターゲット物質3を補うようにした
ので、長時間連続してアブレーションを発生せしめるこ
とが可能となり、その結果、基板7にダイヤモンドの厚
い膜を生成することができる。
In the above-described first embodiment, the raw material 2 is continuously supplied to the upper surface of the holding table 4 so as to supplement the solidification target substance 3 reduced by the ablation, so that the ablation is continuously performed for a long time. It can be generated, and as a result, a thick film of diamond can be formed on the substrate 7.

【0016】なお、原料2が液体あるいは液体と気体の
混合である場合には、保持台4の上面で凍結して凝固す
る迄に若干の時間を要するので、この場合には、保持台
4の上面から漏れ出る恐れがある。これを防止するため
に、保持台4の上面の周囲を囲って容器状としておくこ
とが望ましい。
When the raw material 2 is a liquid or a mixture of liquid and gas, it takes some time for the upper surface of the holding table 4 to freeze and solidify. May leak from the top surface. In order to prevent this, it is desirable to surround the upper surface of the holding table 4 in a container shape.

【0017】次に、この発明の方法を具現化する第2実
施例の装置について、図3に基づいて説明する。前記し
た第1実施例と異なるところは、図から明らかなよう
に、保持台4の上面に予め氷のように凍結して凝固した
凝固ターゲット物質4の塊を載置するようにしたので、
原料供給管8、冷媒供給管9、冷却器11が不要となっ
たことである。
Next, an apparatus of the second embodiment for embodying the method of the present invention will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment described above is that, as is apparent from the figure, since the mass of the solidification target substance 4 that has been frozen and solidified in advance like ice is placed on the upper surface of the holding table 4,
That is, the raw material supply pipe 8, the refrigerant supply pipe 9, and the cooler 11 are no longer required.

【0018】この第2実施例のダイヤモンド合成装置に
よれば、保持台4の上面に凝固ターゲット物質3を載せ
て、この凝固ターゲット物質3の全質量が消滅した時点
でアブレーションが終了するので、生成されるダイヤモ
ンドの膜の厚さは、最初に載せた凝固ターゲット物質3
の分だけとなる。
According to the diamond synthesizing apparatus of the second embodiment, the solidification target material 3 is placed on the upper surface of the holding table 4, and the ablation is completed when the total mass of the solidification target material 3 disappears. The thickness of the deposited diamond film depends on the solidification target material
It will be only for.

【0019】なお、この実施例の場合でも、保持台4を
冷却するようにしておけば、凝固ターゲット物質3が融
解するのを防止できるので、アブレーションの発生時間
が長く持続する場合には有効である。
Even in the case of this embodiment, if the holding table 4 is cooled, it is possible to prevent the solidification target material 3 from being melted, which is effective when the ablation time is long and continuous. is there.

【0020】また、保持台4上に凝固ターゲット物質3
の塊を供給装置によって連続して供給するようにしても
よく、この場合には、連続してアブレーションの発生を
長時間持続できるので、第1実施例の場合と同様に、膜
の厚いダイヤモンドの生成を期待できることとなる。
Further, the solidification target material 3 is placed on the holding table 4.
The agglomerates may be continuously supplied by a supply device. In this case, since the ablation can be continuously generated for a long time, as in the case of the first embodiment, the thick diamond film It can be expected to be generated.

【0021】上記した第1及び第2実施例において、S
R光の照射の前に、レーザ光を照射して、凝固アブレー
ション物質を活性化させておけば、SR光によるアブレ
ーションがより活発に行われるので、ダイヤモンド生成
が効率よく行えることができる。この場合においては、
SR光を照射する装置と同様に、レーザ光を照射する装
置を別途設けるようにする。
In the first and second embodiments described above, S
If the coagulated ablation substance is activated by irradiating the laser beam before irradiating the R light, the ablation by the SR light is performed more actively, so that the diamond generation can be efficiently performed. In this case,
Similar to the device for irradiating SR light, a device for irradiating laser light is separately provided.

【0022】また、上記した第1及び第2実施例におい
て、反応チャンバ1内に、窒素やボロンなどのガスを入
れておけば、これらのガスとアブレーションによって生
じた炭素が作用して、基板7にp型半導体ダイヤモンド
の膜が堆積されるので、必要に応じてこの方法を採用で
きる。この場合においても、窒素やボロンなどのガス
は、反応チャンバ1の外部から供給管などによって必要
量だけ連続的に供給するようにすればよい。
In the first and second embodiments described above, if a gas such as nitrogen or boron is put in the reaction chamber 1, the gas and carbon produced by ablation act on the substrate 7 Since a p-type semiconductor diamond film is deposited on the substrate, this method can be adopted if necessary. Also in this case, the gas such as nitrogen or boron may be continuously supplied from the outside of the reaction chamber 1 in a required amount through a supply pipe or the like.

【0023】[0023]

〔実験装置、前提説明〕[Experimental equipment, premise explanation]

(1)SR光源としてのSR装置は、超伝導小型SR装
置(立命館大学SRセンター内)を使用した。この光源
のフォトン・フラックスと波長(フォトン・エネルギ
ー)の関係は、図4に示す通りである。すなわち、波長
は真空紫外線、軟X線を含み、照射した物質の内殻電子
励起反応を生起させる領域であり、フォトン・フラック
スは、SRアブレーションを発生せしめ得る高線束密度
である。また、ビームラインとしては、上記SR装置の
BL−14白色光照射ビームラインを使用した。このビ
ームラインでは、光源点から放散する光ビームを集光
(縦方向)して、反応チャンバの保持台の上面の凝固タ
ーゲット物質位置に導くようになっているものである。
また、SR光を分光器で波長を選択せず、白色光のまま
の状態で使用した。 (2)反応チャンバは、直径20cm、縦方向長さ25
cmである。 (3)原料としては、気体状のアセトンを使用した。 (4)冷媒としては、液体窒素を使用した。 (5)基板としては、10mm×15mmの石英基板を
使用した。凝固ターゲット物質から基板までの距離は1
0mmである。 (6)排気装置としては、ターボモレキュラポンプを使
用た。
(1) As the SR device as the SR light source, a superconducting small SR device (in Ritsumeikan University SR Center) was used. The relationship between the photon flux of this light source and the wavelength (photon energy) is as shown in FIG. That is, the wavelength is a region that includes vacuum ultraviolet rays and soft X-rays and causes an inner-shell electron excitation reaction of the irradiated substance, and the photon flux has a high flux density that can cause SR ablation. As the beam line, the BL-14 white light irradiation beam line of the SR device was used. In this beam line, the light beam emitted from the light source point is condensed (longitudinal direction) and guided to the position of the solidification target substance on the upper surface of the holding table of the reaction chamber.
The SR light was used in the state of white light without selecting the wavelength with a spectroscope. (2) The reaction chamber has a diameter of 20 cm and a longitudinal length of 25.
cm. (3) Gaseous acetone was used as a raw material. (4) Liquid nitrogen was used as the refrigerant. (5) A 10 mm × 15 mm quartz substrate was used as the substrate. The distance from the solidification target material to the substrate is 1
It is 0 mm. (6) A turbo molecular pump was used as the exhaust device.

【0024】〔実験条件〕 (1)SR光は、軟X線から可視光領域の波長を含む白
色光を60分間照射した。 (2)原料のアセトンは、0.1 乃至 0.2 cc /分の割合
で保持台の上面に供給した。 (3)基板は加熱することなく室温とした。 (4)冷媒としては液体窒素を用いた。保持台の温度は
−80°Cを常に維持した。これによって、保持台の上
面にアセトンが霜のように凝固した。 (5)反応チャンバの真空度は、2×10-6Torrで
あった。
[Experimental Conditions] (1) SR light was irradiated for 60 minutes with white light including wavelengths in the visible light region from soft X-rays. (2) The raw material acetone was supplied to the upper surface of the holding table at a rate of 0.1 to 0.2 cc / min. (3) The substrate was brought to room temperature without heating. (4) Liquid nitrogen was used as the refrigerant. The temperature of the holding table was constantly maintained at -80 ° C. This caused acetone to solidify like frost on the upper surface of the holding table. (5) The degree of vacuum in the reaction chamber was 2 × 10 −6 Torr.

【0025】〔実験結果〕実験中に反応チャンバの窓か
らプラズマが観測された。実験終了後に、基板に生成さ
れた薄膜の厚さを測定したところ、薄い箇所で50n
m、厚い箇所で150nmであった。また、この薄膜に
ついてラマン分光分析をしたところ、図5に示すような
ラマンスペクトルを示した。この図5において、133
3cm-1にダイヤモンドピークが生じていることから、
生成された薄膜はダイヤモンド膜であることが確認でき
た。
[Experimental Results] Plasma was observed from the window of the reaction chamber during the experiment. After the experiment, the thickness of the thin film formed on the substrate was measured and found to be 50n at the thin part.
m was 150 nm at a thick portion. Further, when Raman spectroscopic analysis was performed on this thin film, a Raman spectrum as shown in FIG. 5 was shown. In FIG. 5, 133
Since a diamond peak occurs at 3 cm -1 ,
It was confirmed that the produced thin film was a diamond film.

【0026】[0026]

【発明の効果】この発明のダイヤモンド合成方法及び装
置によると、従来のレーザ光やレーザアブレーションを
使用した方法と比較して、基板の温度を上げる必要がな
く室温で合成できるために、簡単な方法及び装置でよい
という利点がある。又、生成されたダイヤモンドは密度
が高い良質のものができるという利点がある。更に、原
料となる少なくとも炭素と水素の原子を含む気体状ある
いは液体状の流体物質は気体であっても液体であっても
可能であるために、原料の選択の範囲が広がるという利
点がある。
According to the diamond synthesizing method and apparatus of the present invention, it is possible to synthesize at a room temperature without raising the temperature of the substrate, as compared with the conventional method using laser light or laser ablation. Also, there is an advantage that the device is sufficient. Further, the produced diamond has an advantage that it can be a high-quality diamond having a high density. Further, since the gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms as the raw material can be gas or liquid, there is an advantage that the range of selection of the raw material is expanded.

【0027】加えて、原料が流動性を有していることか
ら、第1実施例に示したように、反応チャンバへの供給
管などによる連続供給が可能となり、その結果、長時間
の連続合成を維持することができ、合成作業の効率化を
図ることができると共に、大型のダイヤモンドの生成を
図ることができる利点がある。
In addition, since the raw material has fluidity, as shown in the first embodiment, continuous supply to the reaction chamber through a supply pipe or the like is possible, and as a result, continuous synthesis for a long time is possible. Can be maintained, the efficiency of the synthesis work can be improved, and large diamonds can be produced.

【0028】また、液体の原料を凍結させて凝固した凝
固ターゲット物質を使用する場合には、第2実施例に示
したように、更に簡単な装置でもってダイヤモンドの合
成が出来る利点がある。
When a solidification target substance obtained by freezing and solidifying a liquid raw material is used, there is an advantage that diamond can be synthesized with a simpler apparatus as shown in the second embodiment.

【0029】更に又、SR光の前に、レーザ光を照射し
ておくと、SR光によるアブレーションの発生が容易に
生じて、ダイヤモンドの生成能率が向上するという利点
がある。
Further, when the laser light is irradiated before the SR light, there is an advantage that the ablation due to the SR light easily occurs and the diamond production efficiency is improved.

【0030】更に加えて、アブレーションを窒素やボロ
ンなどのガスの雰囲気中で行えば、半導体産業に有用な
p型半導体ダイヤモンドが合成できる利点がある。
In addition, if the ablation is performed in an atmosphere of gas such as nitrogen or boron, there is an advantage that p-type semiconductor diamond useful in the semiconductor industry can be synthesized.

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

【図1】この発明の第1実施例の装置の概要図。FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の要部の拡大説明図。FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG.

【図3】この発明の第2実施例の図2相当の拡大説明
図。
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a second embodiment of the present invention corresponding to FIG.

【図4】フォトフラックスとフォトンエネルギーの関係
を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between photoflux and photon energy.

【図5】基板に生成された薄膜のラマン分光分析結果の
グラフ。
FIG. 5 is a graph showing a Raman spectroscopic analysis result of a thin film formed on a substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応チャンバ 2 原料 3 凝固ターゲット物質 4 保持台 5 SR光(シンクロトロン放射光) 6 SR装置 7 基板 8 原料供給管(供給装置) 11 冷却器(凝固装置) 1 Reaction chamber 2 raw materials 3 coagulation target substances 4 holding table 5 SR light (synchrotron radiation) 6 SR device 7 substrate 8 Raw material supply pipe (supply device) 11 Cooler (Coagulator)

フロントページの続き (72)発明者 松原 健夫 滋賀県草津市野路東1−1−1 立命館 大学 びわこ・くさつキャンパス SR センター内 (56)参考文献 特開 昭59−137396(JP,A) 特開 平6−234594(JP,A) 特開 平8−259388(JP,A) 特開 平8−325096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/205 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)Front page continued (72) Inventor Takeo Matsubara 1-1-1 Nojihigashi, Kusatsu City, Shiga Ritsumeikan University Biwako Kusatsu Campus SR Center (56) Reference JP-A-59-137396 (JP, A) HEI 6-234594 (JP, A) JP HEI 8-259388 (JP, A) HEI 8-325096 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C30B 1 / 00-35 / 00 H01L 21/205 CA (STN) JISST file (JOIS)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも炭素と水素の原子を含む気体
状あるいは液体状の流体物質を凝固させてなる凝固ター
ゲット物質に、シンクロトロン放射光を照射してアブレ
ーションを発生させて、基板上にダイヤモンドを生成さ
せることを特徴とするダイヤモンド合成方法。
1. A solidification target substance obtained by solidifying a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms is irradiated with synchrotron radiation to cause ablation, and diamond is deposited on a substrate. A method for synthesizing diamond, which comprises producing the diamond.
【請求項2】 少なくとも炭素と水素の原子を含む気体
状あるいは液体状の流体物質を凝固させてなる凝固ター
ゲット物質に、レーザ光を照射させてから、シンクロト
ロン放射光を照射してアブレーションを発生させて、基
板上にダイヤモンドを生成させることを特徴とするダイ
ヤモンド合成方法。
2. A laser irradiation is applied to a coagulation target material obtained by coagulating a gaseous or liquid fluid material containing at least carbon and hydrogen atoms, and then synchrotron radiation is applied to generate ablation. A method for synthesizing diamond, characterized in that diamond is produced on the substrate.
【請求項3】 前記アブレーションを、窒素あるいはボ
ロンなどを含むガスの存在の中で発生させることを特徴
とする請求項1又は2のダイヤモンド合成方法。
3. The method for synthesizing diamond according to claim 1, wherein the ablation is generated in the presence of a gas containing nitrogen or boron.
【請求項4】 反応チャンバと、該反応チャンバ内に少
なくとも炭素と水素の原子を含む気体状あるいは液体状
の流体物質を供給する供給装置と、供給された前記気体
状あるいは液体状の流体物質を凝固させて凝固ターゲッ
ト物質を形成する凝固装置と、この凝固ターゲット物質
を反応チャンバ内で保持する保持台と、この保持台に保
持された凝固ターゲット物質にシンクロトロン放射光を
照射する装置と、このシンクロトロン放射光の照射によ
って生じるアブレーションに対向して前記反応チャンバ
内に設けたダイヤモンド生成用の基板とを有することを
特徴とするダイヤモンド合成装置。
4. A reaction chamber, a supply device for supplying a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms into the reaction chamber, and the supplied gaseous or liquid fluid substance. A solidification device that solidifies to form a solidification target material, a holding table that holds the solidification target material in the reaction chamber, a device that irradiates the solidification target material held on the holding table with synchrotron radiation, and A diamond synthesizing apparatus comprising: a substrate for diamond production, which is provided in the reaction chamber so as to face ablation caused by irradiation with synchrotron radiation.
【請求項5】 反応チャンバと、該反応チャンバ内に少
なくとも炭素と水素の原子を含む気体状あるいは液体状
の流体物質を供給する供給装置と、供給された前記気体
状あるいは液体状の流体物質を凝固させて凝固ターゲッ
ト物質を形成する凝固装置と、この凝固ターゲット物質
を反応チャンバ内で保持する保持台と、この保持台に保
持された凝固ターゲット物質にレーザ光及びシンクロト
ロン放射光を照射する装置と、このシンクロトロン放射
光の照射によって生じるアブレーションに対向して前記
反応チャンバ内に設けたダイヤモンド生成用の基板とを
有することを特徴とするダイヤモンド合成装置。
5. A reaction chamber, a supply device for supplying a gaseous or liquid fluid substance containing at least carbon and hydrogen atoms into the reaction chamber, and the supplied gaseous or liquid fluid substance. A solidification device that solidifies to form a solidification target material, a holding table that holds the solidification target material in the reaction chamber, and a device that irradiates the solidification target material held on the holding table with laser light and synchrotron radiation light. And a substrate for diamond production provided in the reaction chamber facing the ablation caused by irradiation with the synchrotron radiation.
【請求項6】 反応チャンバと、該反応チャンバ内にお
いて少なくとも炭素と水素の原子を含む気体状あるいは
液体状の流体物質を凝固させた凝固ターゲット物質を保
持する保持台と、この保持台に保持された凝固ターゲッ
ト物質にシンクロトロン放射光を照射する装置と、この
シンクロトロン放射光の照射によって生じるアブレーシ
ョンに対向して前記反応チャンバ内に設けたダイヤモン
ド生成用の基板とを有することを特徴とするダイヤモン
ド合成装置。
6. A reaction chamber, a holding table for holding a solidification target material obtained by solidifying a gaseous or liquid fluid material containing at least carbon and hydrogen atoms in the reaction chamber, and a holding table held by the holding table. A diamond comprising: a device for irradiating the solidified target substance with synchrotron radiation, and a substrate for diamond production provided in the reaction chamber facing the ablation caused by the irradiation of the synchrotron radiation. Synthesizer.
【請求項7】 反応チャンバと、該反応チャンバ内にお
いて少なくとも炭素と水素の原子を含む気体状あるいは
液体状の流体物質を凝固させた凝固ターゲット物質を保
持する保持台と、この保持台に保持された凝固ターゲッ
ト物質にレーザ光及びシンクロトロン放射光を照射する
装置と、このシンクロトロン放射光の照射によって生じ
るアブレーションに対向して前記反応チャンバ内に設け
たダイヤモンド生成用の基板とを有することを特徴とす
るダイヤモンド合成装置。
7. A reaction chamber, a holding table for holding a solidification target material obtained by solidifying a gaseous or liquid fluid material containing at least carbon and hydrogen atoms in the reaction chamber, and a holding table held by the holding table. An apparatus for irradiating the solidified target material with laser light and synchrotron radiation, and a substrate for diamond production provided in the reaction chamber facing the ablation caused by the irradiation of the synchrotron radiation. And diamond synthesizing equipment.
【請求項8】 前記反応チャンバ内に窒素あるいはボロ
ンなどを含むガスが存在することを特徴とする請求項4
乃至7のいずれかのダイヤモンド合成装置。
8. The gas containing nitrogen or boron is present in the reaction chamber.
The diamond synthesizing apparatus according to any one of 1 to 7.
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