JP6359805B2 - Diamond composite, method for producing diamond composite, and method for producing single crystal diamond - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヤモンド複合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれらの製造方法、ならびにダイヤモンド工具に関するものであり、より特定的には、ダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれらの製造方法、ならびに当該単結晶ダイヤモンドを備えるダイヤモンド工具に関するものである。 The present invention relates to a diamond composite, a single crystal diamond, a method for producing the same, and a diamond tool, and more specifically, a diamond composite capable of improving the performance of the diamond tool, a single crystal diamond, and The present invention relates to these manufacturing methods and a diamond tool including the single crystal diamond.
従来より、切削工具や耐摩耗工具などのダイヤモンド工具には、天然のダイヤモンドや高温高圧合成法(HPHT:High Pressure High Temperature Method)により製造されたダイヤモンドが用いられている。天然のダイヤモンドは、品質のばらつきが大きく、また供給量も安定しない。また、高温高圧合成法により製造されるダイヤモンドは、品質のばらつきが小さく供給量も安定しているが、製造設備のコストが高いという問題がある。 Conventionally, diamond tools such as cutting tools and wear-resistant tools have been made of natural diamond or diamond produced by a high pressure high temperature method (HPHT). Natural diamonds vary greatly in quality and the supply is not stable. In addition, diamond produced by the high-temperature and high-pressure synthesis method has a small quality variation and a stable supply amount, but has a problem that the cost of production equipment is high.
一方、ダイヤモンドの他の合成方法としては、たとえば熱フィラメントCVD(Chemical Vapor Deposition)法、マイクロ波励起プラズマCVD法またはDCプラズマCVD法などの気相合成法がある。この方法では、まず、高温高圧合成法により製造されたダイヤモンド種結晶が準備され、このダイヤモンド種結晶の表面上に単結晶ダイヤモンド(エピタキシャル成長層)を成長させることによりダイヤモンド複合体が得られる。そして、このダイヤモンド複合体からダイヤモンド種結晶を分離することにより、単結晶ダイヤモンドが得られる。たとえば、特開2009−59798号公報(以下、特許文献1という)では、高温高圧合成法により製造されたダイヤモンド基板上において、マイクロ波プラズマCVD法によりダイヤモンド半導体層が形成されたダイヤモンド電子素子が開示されている。 On the other hand, as another synthesis method of diamond, there is a gas phase synthesis method such as a hot filament CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a microwave excitation plasma CVD method or a DC plasma CVD method. In this method, first, a diamond seed crystal manufactured by a high-temperature and high-pressure synthesis method is prepared, and a diamond composite is obtained by growing single crystal diamond (epitaxial growth layer) on the surface of the diamond seed crystal. Then, by separating the diamond seed crystal from this diamond composite, single crystal diamond can be obtained. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-59798 (hereinafter referred to as Patent Document 1) discloses a diamond electronic device in which a diamond semiconductor layer is formed by a microwave plasma CVD method on a diamond substrate manufactured by a high-temperature and high-pressure synthesis method. Has been.
上述のように、気相合成法に用いられるダイヤモンド種結晶は高温高圧合成法により製造されたものであるため、切り出した基板面には結晶の成長方向が異なる部分が含まれている。そのため、このダイヤモンド種結晶は不純物および欠陥の導入量が互いに異なる複数の成長セクタを含んでいる。このような成長セクタ同士では基板の研磨速度やエッチング速度などが異なるため、研磨やエッチング処理により成長セクタの境界部分に段差が形成される。そして、段差が形成されたダイヤモンド基板上に単結晶ダイヤモンドを成長させた場合には単結晶ダイヤモンドにおいても複数の成長セクタが形成され、これを工具材料として用いた場合には複数の成長セクタの境界部分における段差に起因して被削材に傷痕などが発生し易くなるという問題を本発明者は見出した。 As described above, since the diamond seed crystal used in the vapor phase synthesis method is manufactured by the high-temperature and high-pressure synthesis method, the cut substrate surface includes a portion where the crystal growth direction is different. Therefore, this diamond seed crystal includes a plurality of growth sectors having different amounts of impurities and defects introduced. Since such growth sectors have different polishing and etching rates of the substrate, a step is formed at the boundary between the growth sectors by polishing or etching. When single crystal diamond is grown on a diamond substrate with a step formed, a plurality of growth sectors are also formed in the single crystal diamond. When this is used as a tool material, the boundary between the plurality of growth sectors is formed. The present inventor has found a problem that scratches or the like are likely to occur in the work material due to the step in the portion.
また、ダイヤモンド種結晶のサイズを小さくすることで単一の成長セクタのみを含むものを準備することも可能である。しかし、この場合にはサイズの大きい単結晶ダイヤモンドを成長させることが困難になるという問題がある。 It is also possible to prepare a crystal containing only a single growth sector by reducing the size of the diamond seed crystal. However, in this case, there is a problem that it is difficult to grow a large single crystal diamond.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれらの製造方法、ならびに当該単結晶ダイヤモンドを備えるダイヤモンド工具を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a diamond composite having a large size and capable of improving the performance of a diamond tool, single crystal diamond, a method for producing the same, and the method. It is to provide a diamond tool comprising single crystal diamond.
本発明に従ったダイヤモンド複合体の製造方法は、複数の成長セクタを含むダイヤモンド種結晶を準備する工程と、気相合成法によりダイヤモンド種結晶の表面上に単結晶ダイヤモンドを成長させてダイヤモンド複合体を得る工程とを備えている。ダイヤモンド複合体を得る工程は、単結晶ダイヤモンドの成長温度に達する前にダイヤモンド種結晶を加熱する昇温工程を含んでいる。昇温工程では、メタンガスおよび不活性ガスのうち少なくともいずれかのガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶が加熱される。また、昇温工程では、メタンガス、エタンガスおよび不活性ガスのうち少なくともいずれかのガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶が加熱されてもよい。 The method for producing a diamond composite according to the present invention includes a step of preparing a diamond seed crystal including a plurality of growth sectors, and a single crystal diamond is grown on the surface of the diamond seed crystal by a vapor phase synthesis method. The process of obtaining. The step of obtaining the diamond composite includes a temperature raising step of heating the diamond seed crystal before reaching the growth temperature of the single crystal diamond. In the temperature raising step, the diamond seed crystal is heated in an atmosphere containing at least one of methane gas and inert gas. In the temperature raising step, the diamond seed crystal may be heated in an atmosphere containing at least one of methane gas, ethane gas, and inert gas.
本発明者は、複数の成長セクタを含むサイズの大きいダイヤモンド種結晶を用いて気相合成法を行う場合において、より工具性能に優れた単結晶ダイヤモンド(つまり、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンド)を成長させることについて、鋭意検討を行った。その結果、複数の成長セクタを含むダイヤモンド種結晶上に単結晶ダイヤモンドを成長させる場合でも、成長温度に達する前までの昇温工程におけるダイヤモンド種結晶の加熱条件を選択することにより単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドが得られることを見出し、本発明に想到した。 In the case of performing a gas phase synthesis method using a diamond seed crystal having a large size including a plurality of growth sectors, the present inventor has obtained a single crystal diamond (that is, a single crystal composed of a single growth sector) with superior tool performance. We have intensively studied about growing diamonds. As a result, even when single-crystal diamond is grown on a diamond seed crystal including a plurality of growth sectors, a single growth sector can be selected by selecting the heating conditions for the diamond seed crystal in the heating process before reaching the growth temperature. The inventors have found that a single crystal diamond composed of
本発明に従ったダイヤモンド複合体の製造方法では、単結晶ダイヤモンドの成長温度に達する前にダイヤモンド種結晶を加熱する昇温工程が行われ、この昇温工程ではメタンガスおよび不活性ガス(好ましくはメタンガス、エタンガスおよび不活性ガス)のうち少なくともいずれかのガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶が加熱される。これにより、複数の成長セクタを含むダイヤモンド種結晶の表面上において単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドが成長したダイヤモンド複合体が得られる。そして、ダイヤモンド複合体から分離した単結晶ダイヤモンドをダイヤモンド工具に用いた場合には、工具性能をより向上させることができる。したがって、本発明に従ったダイヤモンド複合体の製造方法によれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体を製造することができる。 In the method for producing a diamond composite according to the present invention, a temperature raising step for heating the diamond seed crystal is performed before the growth temperature of the single crystal diamond is reached. In this temperature raising step, methane gas and an inert gas (preferably methane gas are used). , Ethane gas and inert gas), the diamond seed crystal is heated in an atmosphere containing at least one gas. As a result, a diamond composite is obtained in which a single crystal diamond composed of a single growth sector is grown on the surface of a diamond seed crystal including a plurality of growth sectors. When the single crystal diamond separated from the diamond composite is used for a diamond tool, the tool performance can be further improved. Therefore, according to the method for manufacturing a diamond composite according to the present invention, a diamond composite having a large size and capable of improving the performance of the diamond tool can be manufactured.
上記ダイヤモンド複合体の製造方法は、ダイヤモンド複合体を得る工程の前に、不活性ガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶の上記表面をエッチングする工程をさらに備えていてもよい。 The method for producing a diamond composite may further include a step of etching the surface of the diamond seed crystal in an atmosphere containing an inert gas before the step of obtaining the diamond composite.
これにより、ダイヤモンド工具の性能をより向上させることが可能なダイヤモンド複合体を製造することができる。 Thereby, the diamond composite which can improve the performance of a diamond tool more can be manufactured.
上記ダイヤモンド複合体の製造方法は、ダイヤモンド複合体を得る工程の前に、50μm/h以下の速度でダイヤモンド種結晶の上記表面を研磨する工程をさらに備えていてもよい。 The method for producing a diamond composite may further include a step of polishing the surface of the diamond seed crystal at a speed of 50 μm / h or less before the step of obtaining the diamond composite.
これにより、ダイヤモンド工具の性能をさらに向上させることが可能なダイヤモンド複合体を製造することができる。また、上記研磨速度は、20μm/h以下であることが好ましく、10μm/h以下であることがより好ましい。 Thereby, the diamond composite which can improve the performance of a diamond tool further can be manufactured. The polishing rate is preferably 20 μm / h or less, and more preferably 10 μm / h or less.
上記ダイヤモンド複合体の製造方法において、ダイヤモンド種結晶における窒素濃度は、0.02atm%以下であってもよい。ここで、「atm%」とは原子数密度を意味しており、上記ダイヤモンド種結晶では窒素の原子数密度が0.02%以下となっている。 In the method for producing a diamond composite, the nitrogen concentration in the diamond seed crystal may be 0.02 atm% or less. Here, “atm%” means the atomic number density, and in the diamond seed crystal, the atomic density of nitrogen is 0.02% or less.
ダイヤモンド種結晶における窒素濃度の上限値が0.02atm%と高い場合には成長セクタ同士の境界部分においてより段差が形成され易く、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドの成長がより困難である。そのため、このような場合には上記本発明に従ったダイヤモンド複合体の製造方法を好適に用いることができる。また、上記窒素濃度は、0.005atm%以下であることが好ましく、0.0005atm%以下であることがより好ましく、0.0001atm%以下であることがさらに好ましい。 When the upper limit of the nitrogen concentration in the diamond seed crystal is as high as 0.02 atm%, a step is more likely to be formed at the boundary between the growth sectors, and it is more difficult to grow single crystal diamond composed of a single growth sector. . Therefore, in such a case, the method for producing a diamond composite according to the present invention can be suitably used. The nitrogen concentration is preferably 0.005 atm% or less, more preferably 0.0005 atm% or less, and further preferably 0.0001 atm% or less.
上記ダイヤモンド複合体の製造方法において、ダイヤモンド種結晶は、6mm以上の幅を有していてもよい。 In the method for producing a diamond composite, the diamond seed crystal may have a width of 6 mm or more.
ダイヤモンド種結晶の幅が6mm以上と大きい場合には複数の成長セクタがより含まれ易く、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドの成長がより困難である。そのため、このような場合には上記本発明に従ったダイヤモンド複合体の製造方法を好適に用いることができる。また、上記ダイヤモンド種結晶の幅は、8mm以上であることが好ましく、10mm以上であることがより好ましい。 When the diamond seed crystal has a large width of 6 mm or more, a plurality of growth sectors are more likely to be included, and it is more difficult to grow a single crystal diamond composed of a single growth sector. Therefore, in such a case, the method for producing a diamond composite according to the present invention can be suitably used. The width of the diamond seed crystal is preferably 8 mm or more, and more preferably 10 mm or more.
本発明に従った単結晶ダイヤモンドの製造方法は、上記本発明に従ったダイヤモンド複合体の製造方法により、ダイヤモンド種結晶の表面上に単結晶ダイヤモンドが成長したダイヤモンド複合体を準備する工程と、ダイヤモンド複合体からダイヤモンド種結晶を除去することにより単結晶ダイヤモンドを得る工程とを備えている。 The method for producing a single crystal diamond according to the present invention comprises a step of preparing a diamond complex in which single crystal diamond is grown on the surface of a diamond seed crystal by the method for producing a diamond complex according to the present invention. And a step of obtaining single crystal diamond by removing the diamond seed crystal from the composite.
本発明に従った単結晶ダイヤモンドの製造方法によれば、サイズが大きく、かつ単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドを得ることができる。そして、この単結晶ダイヤモンドをダイヤモンド工具などに用いることで工具性能をより向上させることができる。したがって、本発明に従った単結晶ダイヤモンドの製造方法によれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能な単結晶ダイヤモンドを製造することができる。 According to the method for producing single crystal diamond according to the present invention, single crystal diamond having a large size and comprising a single growth sector can be obtained. And tool performance can be improved more by using this single crystal diamond for a diamond tool etc. Therefore, according to the method for producing single crystal diamond according to the present invention, single crystal diamond having a large size and capable of improving the performance of the diamond tool can be produced.
本発明に従ったダイヤモンド複合体は、複数の成長セクタを含むダイヤモンド種結晶と、ダイヤモンド種結晶の表面上に成長し、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドとを備えている。 The diamond composite according to the present invention includes a diamond seed crystal including a plurality of growth sectors, and a single crystal diamond that is grown on the surface of the diamond seed crystal and includes a single growth sector.
本発明に従ったダイヤモンド複合体によれば、サイズが大きいダイヤモンド種結晶から分離することにより、サイズが大きくかつ単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドを得ることができる。また、この単結晶ダイヤモンドをダイヤモンド工具などに用いることで工具性能をより向上させることができる。したがって、本発明に従ったダイヤモンド複合体によれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体を提供することができる。 According to the diamond composite according to the present invention, a single crystal diamond having a large size and consisting of a single growth sector can be obtained by separating from a diamond seed crystal having a large size. Moreover, tool performance can be further improved by using this single crystal diamond for a diamond tool or the like. Therefore, according to the diamond composite according to the present invention, a diamond composite having a large size and capable of improving the performance of the diamond tool can be provided.
上記ダイヤモンド複合体において、ダイヤモンド種結晶における窒素濃度は0.02atm%以下であってもよい。 In the diamond composite, the nitrogen concentration in the diamond seed crystal may be 0.02 atm% or less.
上述のように、ダイヤモンド種結晶における窒素濃度の上限値が0.02atm%以下と高い場合には、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドを得ることが困難である。そのため、このような場合には上記本発明に従ったダイヤモンド複合体を好適に用いることができる。また、上記窒素濃度は、0.005atm%以下であることが好ましく、0.0005atm%以下であることがより好ましく、0.0001atm%以下であることがさらに好ましい。。 As described above, when the upper limit of the nitrogen concentration in the diamond seed crystal is as high as 0.02 atm% or less, it is difficult to obtain single crystal diamond composed of a single growth sector. Therefore, in such a case, the diamond composite according to the present invention can be suitably used. The nitrogen concentration is preferably 0.005 atm% or less, more preferably 0.0005 atm% or less, and further preferably 0.0001 atm% or less. .
上記ダイヤモンド複合体において、ダイヤモンド種結晶は6mm以上の幅を有していてもよい。 In the above diamond composite, the diamond seed crystal may have a width of 6 mm or more.
上述のように、ダイヤモンド種結晶の幅が6mm以上と大きい場合には、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドを得ることが困難である。そのため、このような場合には上記本発明に従ったダイヤモンド複合体を好適に用いることができる。また、上記ダイヤモンド種結晶の幅は、8mm以上であることが好ましく、10mm以上であることがより好ましい。 As described above, when the diamond seed crystal has a large width of 6 mm or more, it is difficult to obtain a single crystal diamond composed of a single growth sector. Therefore, in such a case, the diamond composite according to the present invention can be suitably used. The width of the diamond seed crystal is preferably 8 mm or more, and more preferably 10 mm or more.
本発明に従った単結晶ダイヤモンドは、上記本発明に従ったダイヤモンド複合体からダイヤモンド種結晶を除去することにより得られる。 The single crystal diamond according to the present invention can be obtained by removing the diamond seed crystal from the diamond composite according to the present invention.
本発明に従った単結晶ダイヤモンドは、上述のようにサイズが大きくかつ単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドであるため、これをダイヤモンド工具などに用いることで工具性能をより向上させることができる。したがって、本発明に従った単結晶ダイヤモンドによれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能な単結晶ダイヤモンドを提供することができる。 Since the single crystal diamond according to the present invention is a single crystal diamond having a large size and a single growth sector as described above, the tool performance can be further improved by using this for a diamond tool or the like. . Therefore, according to the single crystal diamond according to the present invention, a single crystal diamond having a large size and capable of improving the performance of the diamond tool can be provided.
本発明に従ったダイヤモンド工具は、ダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能な上記本発明に従った単結晶ダイヤモンドを備えている。したがって、本発明に従ったダイヤモンド工具によれば、工具性能がより向上したダイヤモンド工具を提供することができる。 The diamond tool according to the present invention comprises the single crystal diamond according to the present invention, which can improve the performance of the diamond tool. Therefore, according to the diamond tool according to the present invention, a diamond tool with improved tool performance can be provided.
以上の説明から明らかなように、本発明に従ったダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドによれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドを提供することができる。また、本発明に従ったダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドの製造方法によれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドを製造することができる。また、本発明に従ったダイヤモンド工具によれば、工具性能がより向上したダイヤモンド工具を提供することができる。 As is apparent from the above description, the diamond composite and single crystal diamond according to the present invention provide a diamond composite and single crystal diamond that are large in size and can improve the performance of the diamond tool. can do. Further, according to the method for producing a diamond composite and single crystal diamond according to the present invention, it is possible to produce a diamond composite and single crystal diamond which are large in size and can improve the performance of a diamond tool. . Moreover, according to the diamond tool according to the present invention, a diamond tool with improved tool performance can be provided.
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示す。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the present specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the aggregate plane is indicated by {}.
まず、本発明の一実施の形態に係るダイヤモンド工具の一例として、ダイヤモンドバイト1を説明する。図1を参照して、本実施の形態に係るダイヤモンドバイト1は、台金2と、ろう付け層3と、メタライズ層4と、単結晶ダイヤモンド10とを主に備えている。
First, a
単結晶ダイヤモンド10は、ろう付け層3およびメタライズ層4を介して台金2に固定されている。単結晶ダイヤモンド10はすくい面10bおよび逃げ面10cを含み、すくい面10bおよび逃げ面10cの接触部において切れ刃10dが構成されている。また、単結晶ダイヤモンド10は後述する本実施の形態に係る単結晶ダイヤモンドであるため、ダイヤモンドバイト1は工具性能がより向上したものとなっている。
また、本発明のダイヤモンド工具は、上記ダイヤモンドバイト1に限定されず、たとえばドリルやエンドミルなどの他の切削工具(図示しない)でもよく、ドレッサー、スタイラス、ノズルまたはダイスなどの耐摩耗工具(図示しない)でもよい。これらの切削工具および耐摩耗工具においても、単結晶ダイヤモンド10を備えることにより上記ダイヤモンドバイト1と同様に工具性能を向上させることができる。
The diamond tool of the present invention is not limited to the
次に、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体30および単結晶ダイヤモンド10について説明する。図2を参照して、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体30は、ダイヤモンド種結晶20と、ダイヤモンド種結晶20の表面20aに成長した単結晶ダイヤモンド10とを備えている。そのため、本実施の形態に係る単結晶ダイヤモンド10は、ダイヤモンド複合体30からダイヤモンド種結晶20を除去することにより得られるものである。また、単結晶ダイヤモンド10は、上述のようにダイヤモンドバイト1などのダイヤモンド工具のための材料として用いられる。
Next, the
ダイヤモンド種結晶20は高温高圧合成法により製造されたものである。ダイヤモンド種結晶20は{001}成長セクタ21と、{001}成長セクタ21を挟むように形成された{111}成長セクタ22とを含んでいる。また、ダイヤモンド種結晶20の表面20aには、{001}面からなる表面21aと、{111}面からなる表面22aとが含まれている。このようにダイヤモンド種結晶20は、複数の成長セクタを含んでいる。なお、ダイヤモンド種結晶20内の成長セクタの数は特に限定されず、図2に示すように2個であってもよいし、それ以上であってもよい。たとえば、ダイヤモンド種結晶20では{001}成長セクタ21と{111}成長セクタ22との間に{113}成長セクタが含まれていてもよいし、また{011}成長セクタが含まれていてもよい。
The
ここで、「成長セクタ」とは、ダイヤモンド結晶内において成長方向が同じ結晶領域であり、その結果、不純物および欠陥濃度などがほぼ同じとなっている領域を意味している。{001}成長セクタ21は<001>方向に結晶成長した領域であり、また{111}成長セクタ22は<111>方向に結晶成長した領域である。また、異なる成長セクタ同士では研磨速度やエッチング速度などが異なっている。そのため、たとえばダイヤモンド種結晶20の表面20aを研磨またはエッチングした場合には、表面21aと表面22aとの境界部分に段差が形成される。また、異なる成長セクタ同士では不純物(たとえば窒素原子)や欠陥濃度などが異なっているため、カソードルミネセンス(CL:Cathod Luminescence)測定やフォトルミネセンス(PL:Photo Luminescence)測定により異なる成長セクタ同士を区別することができる。また、異なる成長セクタ同士の境界には歪が存在しているため、たとえば偏光像などにより当該境界を確認することもできる。
Here, the “growth sector” means a crystal region having the same growth direction in the diamond crystal and, as a result, a region where impurities, defect concentrations, and the like are substantially the same. The {001}
ダイヤモンド種結晶20には、故意に制御しない限り、たとえば窒素(N)原子などの不純物原子が自然に導入(ドープ)される。また、合成条件を制御することにより窒素の導入量を減少させることもできる。ダイヤモンド種結晶20における窒素濃度は0.02atm%以下であり、好ましくは0.005atm%以下であり、より好ましくは0.0005atm%以下であり、さらに好ましくは0.0001atm%以下である。また、ダイヤモンド種結晶20の幅Wは6mm以上であり、好ましくは8mm以上であり、より好ましくは10mm以上である。
Unless specifically controlled, the
単結晶ダイヤモンド10は、たとえばマイクロ波励起プラズマCVD法などの気相合成法によりダイヤモンド種結晶20の表面20a上に成長している。単結晶ダイヤモンド10は単一の成長セクタからなっており、より具体的には{001}成長セクタのみからなっている。また、単結晶ダイヤモンド10の幅Wは、ダイヤモンド種結晶20と同様に6mm以上であり、好ましくは8mm以上であり、より好ましくは10mm以上である。
The
以上のように、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体30によれば、当該ダイヤモンド複合体30からダイヤモンド種結晶20を除去することにより、サイズが大きく(6mm以上)、かつ単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンド10を得ることができる。そして、単結晶ダイヤモンド10をダイヤモンドバイト1などの工具に用いることで工具性能をより向上させることができる。このように、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体30および単結晶ダイヤモンド10は、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なものとなっている。
As described above, according to the
次に、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドの製造方法について説明する。図3を参照して、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体の製造方法では、工程(S10)〜(S50)が順に実施されることにより上記ダイヤモンド複合体30が製造される。また、本実施の形態に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法では、工程(S10)〜(S50)に加えて工程(S60)がさらに実施されることにより、上記単結晶ダイヤモンド10が製造される。
Next, a method for producing a diamond composite and single crystal diamond according to the present embodiment will be described. Referring to FIG. 3, in the method for manufacturing a diamond composite according to the present embodiment, steps (S 10) to (S 50) are sequentially performed to manufacture
本実施の形態に係るダイヤモンド複合体の製造方法では、まず、工程(S10)としてダイヤモンド種結晶準備工程が実施される。この工程(S10)では、図4を参照して、まず高温高圧合成法により製造されたダイヤモンド結晶体20A(タイプ:Ib)が準備される。ダイヤモンド結晶体20の表面には、{001}面からなる表面21aと、{111}面からなる表面22aとが形成されている。
In the method for manufacturing a diamond composite according to the present embodiment, first, a diamond seed crystal preparation step is performed as a step (S10). In this step (S10), referring to FIG. 4, first, a
図5は、図4に示すダイヤモンド結晶体20Aの線分V−Vに沿った断面図である。図5を参照して、ダイヤモンド結晶体20Aは{001}成長セクタ21と、{111}成長セクタ22とを含んでいる。{001}成長セクタ21は表面21aを含み、また{111}成長セクタ22は表面22aを含んでいる。また、{001}成長セクタ21は表面21a側に向かい広がるように形成されており、また{111}成長セクタ22は表面22a側に向かい広がるように形成されている。
FIG. 5 is a sectional view taken along line V-V of
次に、図5中点線に示すようにダイヤモンド結晶体20Aが切断される。これにより、図6に示すように{001}成長セクタ21と{111}成長セクタ22とを含むダイヤモンド種結晶20が得られる。このように複数の成長セクタを含むダイヤモンド種結晶を切り出すことにより、サイズの大きい種結晶を得ることができる。なお、ダイヤモンド種結晶20は両端部が適宜切り落とされた状態で用いられる。
Next, the
また、この工程(S10)では、窒素濃度が0.02atm%以下であるダイヤモンド種結晶20が準備されることが好ましい。また、ダイヤモンド種結晶20の窒素濃度は0.005atm%以下であることがより好ましく、0.0005atm%以下であることがさらに好ましく、0.0001atm%以下であることが一層好ましい。
In this step (S10), it is preferable to prepare a
また、この工程(S10)では、幅Wが6mm以上であるダイヤモンド種結晶20が準備されることが好ましい。また、ダイヤモンド種結晶20の幅Wは8mm以上であることがより好ましく、10mm以上であることがさらに好ましい。
In this step (S10), it is preferable to prepare a
次に、工程(S20)として、研磨工程が実施される。この工程(S20)では、図6を参照して、たとえばダイヤモンド砥粒が固定された研磨盤を用いた機械研磨により、ダイヤモンド種結晶20の表面20aおよび裏面20bが研磨される。また、この工程(S20)では、研磨速度は50μm/h以下であることが好ましく、20μm/h以下であることがより好ましく、10μm/h以下であることがさらに好ましい。
Next, a polishing process is performed as a process (S20). In this step (S20), referring to FIG. 6,
また、上記低速研磨(研磨速度が50μm/h以下の研磨)は、高速研磨(研磨速度が50μm/hを超える研磨)と組合わせて実施されることが好ましい。これにより、研磨時間をより短縮することができる。なお、上記低速研磨は5分以上30分以下の時間実施されることが好ましい。 The low-speed polishing (polishing with a polishing rate of 50 μm / h or less) is preferably performed in combination with high-speed polishing (polishing with a polishing rate exceeding 50 μm / h). Thereby, the polishing time can be further shortened. The low-speed polishing is preferably performed for a period of 5 minutes to 30 minutes.
次に、工程(S30)として、エッチング工程が実施される。この工程(S30)では、図6を参照して、たとえばアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20の表面20aおよび裏面20bがエッチングされる。この不活性ガスはアルゴンガスに限定されず、たとえばヘリウム(He)ガスやキセノン(Xe)などの他の希ガスであってもよい。また、ダイヤモンド種結晶20のエッチング方法は上記方法に限定されず、たとえば酸素(O2)ガスおよび四フッ化炭素(CF4)ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)であってもよい。
Next, an etching process is implemented as process (S30). In this step (S30), referring to FIG. 6,
次に、工程(S40)として、イオン注入工程が実施される。この工程(S40)では、図7を参照して、表面20a側からカーボン(C)、窒素(N)、シリコン(Si)、リン(P)または硫黄(S)がダイヤモンド種結晶20内に注入される。これにより、表面20aを含む領域に導電層40が形成される。
Next, an ion implantation step is performed as a step (S40). In this step (S40), referring to FIG. 7, carbon (C), nitrogen (N), silicon (Si), phosphorus (P) or sulfur (S) is implanted into
次に、工程(S50)として、エピタキシャル成長工程が実施される。この工程(S50)では、図8を参照して、たとえばマイクロ波励起プラズマCVD法などの気相合成法により、ダイヤモンド種結晶20の表面20a上(導電層40上)にエピタキシャル成長層50(単結晶ダイヤモンド)が成長する。また、この工程(S50)では、以下に説明する昇温工程(S51)および成長工程(S52)が順に実施される。
Next, an epitaxial growth step is performed as a step (S50). In this step (S50), referring to FIG. 8, epitaxial growth layer 50 (single crystal) is formed on
まず、昇温工程(S51)では、単結晶ダイヤモンドの成長温度(800〜1100℃)に達する前に、水素(H2)ガスならびにメタンガスおよびアルゴンガス(不活性ガス)のうち少なくともいずれかのガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱される。より具体的には、水素ガスおよびメタンガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱されてもよいし、水素ガスおよびアルゴンガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱されてもよいし、水素ガス、メタンガスおよびアルゴンガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱されてもよい。
First, in the temperature raising step (S51), before reaching the growth temperature (800 to 1100 ° C.) of the single crystal diamond, at least one of hydrogen (H 2 ) gas and methane gas and argon gas (inert gas). The
また、この工程(S51)では、水素ガスの流量に対するメタンガスの流量は好ましくは0.01体積%以上12体積%以下であり、より好ましくは0.05体積%以上5体積%以下である。また、水素ガスの流量に対するアルゴンガスの流量は好ましくは1体積%以上99体積%以下であり、より好ましくは20体積%以上80体積%以下である。 In this step (S51), the flow rate of methane gas with respect to the flow rate of hydrogen gas is preferably 0.01 volume% or more and 12 volume% or less, more preferably 0.05 volume% or more and 5 volume% or less. The flow rate of argon gas with respect to the flow rate of hydrogen gas is preferably 1% by volume or more and 99% by volume or less, and more preferably 20% by volume or more and 80% by volume or less.
この工程(S51)は、成長工程(S52)が開始されるまでに基板(ダイヤモンド種結晶20)の温度を上昇させるための工程である。すなわち、この工程(S51)は、電力投入開始から一定温度で成長工程(S52)が開始されるまでの時間に相当する。また、温度が上昇し過ぎて温度を下降させている時間もこの工程(S51)に含まれる。この工程(S51)では、工程(S51)全体の時間のうち少なくとも5%以上の時間(好ましくは15%以上の時間、より好ましくは30%以上の時間、さらに好ましくは70%の時間)は、上記ガス雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱される。
This step (S51) is a step for raising the temperature of the substrate (diamond seed crystal 20) before the growth step (S52) is started. That is, this step (S51) corresponds to the time from the start of power input to the start of the growth step (S52) at a constant temperature. Further, the time during which the temperature is excessively increased and the temperature is decreased is also included in this step (S51). In this step (S51), at least 5% or more of the total time of step (S51) (preferably 15% or more, more preferably 30% or more, even more preferably 70%) The
また、この工程(S51)では、不活性ガスはアルゴンガスに限定されず、たとえばヘリウムガスやキセノンガスなどの他の希ガスであってもよい。 In this step (S51), the inert gas is not limited to argon gas, and may be other rare gas such as helium gas or xenon gas.
次に、成長工程(S52)では、水素ガス、メタンガスおよび窒素ガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱される。加熱温度は800〜1100℃に設定され、かつ圧力は10.7〜14.7kPaに設定される。これにより、ダイヤモンド種結晶20の表面20a上にエピタキシャル成長層50(単結晶ダイヤモンド)が成長する。また、この工程(S52)では、水素ガスの流量に対するメタンガスの流量は5体積%以上20体積%以下であり、かつ水素ガスの流量に対する窒素ガスの流量は0.1体積%以上10体積%以下である。このように水素ガスの流量に対するメタンガスの流量の割合は、成長工程(S52)よりも昇温工程(S51)の方が小さくなる。以上のようにして上記工程(S10)〜(S50)が実施されることによりダイヤモンド複合体30が製造され、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体の製造方法が完了する。
Next, in the growth step (S52), the
次に、工程(S60)として、分離工程が実施される。この工程(S60)では、図9を参照して、導電層40が電気化学的にエッチングされることにより、ダイヤモンド種結晶20とエピタキシャル成長層50とが分離される。このようにして、単結晶ダイヤモンド10(エピタキシャル成長層50)が得られる。
Next, a separation step is performed as a step (S60). In this step (S60), referring to FIG. 9,
また、この工程(S60)では、導電層40を電気化学的にエッチングする場合に限られず、たとえば表面20a側からレーザ光を照射して導電層40に集光し、エネルギーを吸収させることにより導電層40が除去されてもよい。また、側面側からレーザ光を照射してダイヤモンド種結晶20とエピタキシャル成長層50とが切断されて分離されてもよく、この場合は必ずしも導電層40が形成されなくてもよい。また、この場合には切り代が大きくなるが、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンド10を得ることができる。以上のようにして上記工程(S10)〜(S60)が実施されることにより単結晶ダイヤモンド10が製造され、本実施の形態に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法が完了する。
Further, this step (S60) is not limited to the case where the
以上のように、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドの製造方法では、単結晶ダイヤモンドの成長温度(800〜1100℃)に達する前にダイヤモンド種結晶20を加熱する昇温工程(S51)が行われ、昇温工程(S51)ではメタンガスおよびアルゴンガスのうち少なくともいずれかのガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20が加熱される。これにより、複数の成長セクタを含むダイヤモンド種結晶20上に単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンド10が成長したダイヤモンド複合体30が得られ、このダイヤモンド複合体30からダイヤモンド種結晶20を除去することで単結晶ダイヤモンド10が得られる。そして、この単結晶ダイヤモンド10をダイヤモンドバイト1などの工具に用いることで工具性能をより向上させることができる。したがって、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドの製造方法によれば、サイズが大きく、かつダイヤモンド工具の性能を向上させることが可能なダイヤモンド複合体30および単結晶ダイヤモンド10を製造することができる。
As described above, in the method for producing a diamond composite and single crystal diamond according to the present embodiment, the
一方、本実施の形態に係るダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドの製造方法ではない方法においては、ダイヤモンド種結晶20における成長セクタの境界部分に起因してエピタキシャル成長層に微小な成長セクタが形成される。これは、CLやPLなどの評価や偏光像の評価により確認することが可能であり、また工具性能評価によってより明確に確認することが可能である。
On the other hand, in the method that is not the method for producing the diamond composite and single crystal diamond according to the present embodiment, a minute growth sector is formed in the epitaxial growth layer due to the boundary portion of the growth sector in
また、成長結晶のサイズが大きい場合、たとえば工具の最長サイズ(工具として用いることが可能な領域の最大長さ)が6mm以上(好ましくは8mm以上、より好ましくは10mm以上)である場合には、ダイヤモンド種結晶20において複数の成長セクタが含まれ易いため、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドを成長させることがより困難になる。そのため、このような場合には上記本実施の形態に係るダイヤモンド複合体および単結晶ダイヤモンドの製造方法を特に好適に用いることができる。
Further, when the size of the grown crystal is large, for example, when the longest size of the tool (maximum length of the region that can be used as a tool) is 6 mm or more (preferably 8 mm or more, more preferably 10 mm or more), Since the
単結晶ダイヤモンドを用いたダイヤモンド工具の性能向上などについて本発明の効果を確認する実験を行った。
(単結晶ダイヤモンドの作製)
まず、本実施の形態に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法を用いて単結晶ダイヤモンド10を製造した(図3〜図9参照)。工程(S10)では、ダイヤモンド結晶体20Aの幅W1は約8mmであり、また表面21aの幅W2は約5mmであった(図4参照)。そして、{001}成長セクタ21と{111}成長セクタ22とが含まれるようにダイヤモンド種結晶20を切り出した(図5および図6参照)。
Experiments were conducted to confirm the effect of the present invention on the performance improvement of diamond tools using single crystal diamond.
(Production of single crystal diamond)
First, the
工程(S20)では、ダイヤモンド砥粒が固定された研磨盤による機械研磨(条件(1)または(2))、またはダイヤモンド砥粒が固定された研磨盤による50μm/h以下の研磨速度での機械研磨(低速機械研磨、条件(3))により、ダイヤモンド種結晶20の表面20aおよび裏面20bを研磨した。
In the step (S20), mechanical polishing (condition (1) or (2)) with a polishing disk to which diamond abrasive grains are fixed, or a machine at a polishing rate of 50 μm / h or less with a polishing disk to which diamond abrasive grains are fixed. The
工程(S30)では、酸素ガスおよび四フッ化炭素ガスを用いたRIE(条件(1))、またはアルゴンガスを含む雰囲気中でのエッチング(条件(2)または(3))により、ダイヤモンド種結晶20の表面20aおよび裏面20bをエッチングした。
In the step (S30), diamond seed crystals are obtained by RIE (condition (1)) using oxygen gas and carbon tetrafluoride gas, or by etching in an atmosphere containing argon gas (condition (2) or (3)). The
工程(S40)では、エネルギーを300〜350keV、ドーズ量を5×1015〜5×1017個/cm2としてカーボン、シリコンまたはリンイオンをダイヤモンド種結晶20内に注入し、導電層40を形成した(図7参照)。なお、注入元素の種類は、後述する評価結果に大きな影響を及ぼすものではなかった。
In the step (S40), carbon, silicon, or phosphorus ions were implanted into the
工程(S51)では、水素ガスが導入された雰囲気(条件(4))、水素ガスおよび窒素ガスが導入された雰囲気(条件(5))、水素ガスおよび酸素ガスが導入された雰囲気(条件(6))、水素ガスおよびアルゴンガスが導入された雰囲気(条件(7))、水素ガスおよびメタンガスが導入された雰囲気(条件(8))または水素ガス、メタンガスおよびアルゴンガスが導入された雰囲気(条件(9))において、ダイヤモンド種結晶20を定常温度(800〜1100℃)にまで加熱した(実施例:条件(7)〜(9)、比較例:条件(4)〜(6))。成長工程(S52)では、水素ガス、メタンガスおよび窒素ガスが導入された雰囲気中において、厚さ約0.5mmのエピタキシャル成長層50(単結晶ダイヤモンド)を成長させた。表1および表2は、上記実施例および比較例における各々の処理条件を示している。また、成長工程(S52)では、通常行われている一般的な合成条件の範囲内でエピタキシャル成長層50を形成した。
In the step (S51), an atmosphere introduced with hydrogen gas (condition (4)), an atmosphere introduced with hydrogen gas and nitrogen gas (condition (5)), and an atmosphere introduced with hydrogen gas and oxygen gas (condition ( 6)), an atmosphere introduced with hydrogen gas and argon gas (condition (7)), an atmosphere introduced with hydrogen gas and methane gas (condition (8)) or an atmosphere introduced with hydrogen gas, methane gas and argon gas (condition (7)) In the condition (9)), the
(単結晶ダイヤモンドの観察)
実施例および比較例の単結晶ダイヤモンドの表面に所定のエッチング処理(たとえば酸素ガスを含む雰囲気中でのRIE、水素プラズマ、酸素および水素の混合プラズマ、窒素および水素の混合プラズマなど)を施し、その後エッチングされた表面を観察した。その結果、比較例では表面の段差に起因して筋が観察されたのに対し、実施例では筋が観察されなかった。
(ダイヤモンド工具の性能評価)
実施例および比較例の単結晶ダイヤモンドを用いてダイヤモンドバイトを作製し、これを用いて被削材の加工を行った。表3は上記加工実験の結果を示しており、加工後の被削材に切削痕(鏡面である切削表面において筋状に形成されたもの)が発生しなかった場合には「○」と表記し、また切削痕が発生した場合には「×」と表記している。また、「−」の表記は、上記加工実験を行わなかった場合である。
(Observation of single crystal diamond)
A predetermined etching treatment (for example, RIE in an atmosphere containing oxygen gas, hydrogen plasma, mixed plasma of oxygen and hydrogen, mixed plasma of nitrogen and hydrogen, etc.) is performed on the surface of the single crystal diamond of the example and the comparative example, and then The etched surface was observed. As a result, in the comparative example, streaks were observed due to the level difference on the surface, whereas in the example, no streaks were observed.
(Performance evaluation of diamond tools)
A diamond cutting tool was prepared using the single crystal diamond of the example and the comparative example, and the work material was processed using the diamond cutting tool. Table 3 shows the results of the above machining experiment. When no cutting marks (streaks formed on the mirrored cutting surface) occur in the machined material after processing, it is indicated as “◯”. In addition, when a cutting mark is generated, “x” is written. In addition, the notation “−” indicates a case where the above processing experiment was not performed.
表3から明らかなように、昇温度工程(S51)において条件(4)〜(6)を採用した場合には被削材に切削痕が発生したのに対して、条件(7)〜(9)を採用した場合には被削材に切削痕が発生しなかった。また、研磨工程(S20)およびエッチング工程(S30)において条件(1)を採用した場合にはダイヤモンド種結晶20の窒素濃度に関わらず被削材に切削痕が発生したのに対して、条件(2)では上記窒素濃度が0.0005atm%以下である場合には切削痕が発生せず、また条件(3)では上記窒素濃度が0.02atm%以下である場合には切削痕が発生しなかった。以上の実験結果より、昇温工程(S51)においてメタンガスおよび不活性ガスのうち少なくともいずれかのガスを含む雰囲気中においてダイヤモンド種結晶20を加熱することにより、単一の成長セクタからなり工具性能に優れた単結晶ダイヤモンドが得られることが分かった。
As apparent from Table 3, when the conditions (4) to (6) were adopted in the temperature raising step (S51), cutting marks were generated on the work material, whereas conditions (7) to (9 ) Was used, no cutting marks were generated on the work material. Further, when the condition (1) is adopted in the polishing step (S20) and the etching step (S30), a cutting mark is generated on the work material regardless of the nitrogen concentration of the
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明のダイヤモンド複合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれらの製造方法、ならびにダイヤモンド工具は、ダイヤモンド工具の性能を向上させることが要求されるダイヤモンド複合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれらの製造方法、ならびに当該単結晶ダイヤモンドを備えるダイヤモンド工具において、特に有利に適用される。 Diamond composite of the present invention, single crystal diamond and production method thereof, and diamond tool, diamond composite, single crystal diamond and production method thereof, and single crystal are required to improve the performance of diamond tool It is particularly advantageously applied in a diamond tool comprising diamond.
1 ダイヤモンドバイト、2 台金、3 ろう付け層、4 メタライズ層、10 単結晶ダイヤモンド、10b すくい面、10c 逃げ面、10d 切れ刃、20A ダイヤモンド結晶体、20 ダイヤモンド種結晶、20a,21a,22a 表面、20b 裏面、21 {001}成長セクタ、22 {111}成長セクタ、30 ダイヤモンド複合体、40 導電層、50 エピタキシャル成長層、W,W1,W2 幅。 1 diamond tool, 2 base metal, 3 brazing layer, 4 metallized layer, 10 single crystal diamond, 10b rake face, 10c flank face, 10d cutting edge, 20A diamond crystal, 20 diamond seed crystal, 20a, 21a, 22a surface 20b Back surface, 21 {001} growth sector, 22 {111} growth sector, 30 diamond composite, 40 conductive layer, 50 epitaxial growth layer, W, W1, W2 width.
Claims (9)
ダイヤモンド砥粒が固定された研磨盤を用いて50μm/h以下の速度で前記ダイヤモンド種結晶の表面を研磨する工程と、
前記研磨する工程の後に、第1不活性ガスを含む第1雰囲気中において前記表面をエッチングする工程と、
前記エッチングする工程の後に、前記表面に対してカーボン、シリコン及びリンイオンの少なくともいずれかをイオン注入することにより、導電層を形成する工程と、
前記導電層を形成する工程の後に、気相合成法により前記表面上に単結晶ダイヤモンドを成長させてダイヤモンド複合体を得る工程とを備え、
前記ダイヤモンド複合体を得る工程は、前記単結晶ダイヤモンドの成長温度に達する前に前記ダイヤモンド種結晶を加熱する昇温工程を含み、
前記昇温工程では、メタンガス及び第2不活性ガスの少なくともいずれかを含む第2雰囲気中において前記ダイヤモンド種結晶が加熱され、
前記イオン注入のエネルギーは350keV以下であり、前記イオン注入のドーズ量は5×10 15 個/cm 2 以上5×10 17 個/cm 2 以下である、ダイヤモンド複合体の製造方法。 A step of preparing a diamond seed crystal viewing contains a multiple of growth sectors, and the nitrogen concentration is less than or equal to 0.02atm%,
Polishing the surface of the diamond seed crystal at a speed of 50 μm / h or less using a polishing machine to which diamond abrasive grains are fixed;
Etching the surface in a first atmosphere containing a first inert gas after the polishing step;
After the etching step, a step of forming a conductive layer by ion-implanting at least one of carbon, silicon, and phosphorus ions into the surface;
After the step of forming the conductive layer, a step of growing a single crystal diamond on the surface by a vapor phase synthesis method to obtain a diamond composite,
The step of obtaining the diamond composite includes a heating step of heating the diamond seed crystal before reaching the growth temperature of the single crystal diamond,
In the temperature raising step, the diamond seed crystal is heated in a second atmosphere containing at least one of methane gas and a second inert gas ,
The ion implantation energy is 350 keV or less, and the dose amount of the ion implantation is 5 × 10 15 pieces / cm 2 or more and 5 × 10 17 pieces / cm 2 or less .
前記第2雰囲気は、水素ガスをさらに含み、The second atmosphere further includes hydrogen gas,
前記イオン注入のエネルギーは、300keV以上である、請求項1に記載のダイヤモンド複合体の製造方法The method for producing a diamond composite according to claim 1, wherein the ion implantation energy is 300 keV or more.
ダイヤモンド砥粒が固定された研磨盤を用いて前記ダイヤモンド種結晶の表面を研磨する工程と、Polishing the surface of the diamond seed crystal using a polishing machine to which diamond abrasive grains are fixed;
前記研磨する工程の後に、第1不活性ガスを含む第1雰囲気中において前記表面をエッチングする工程と、Etching the surface in a first atmosphere containing a first inert gas after the polishing step;
前記エッチングする工程の後に、前記表面に対してカーボン、シリコン及びリンイオンの少なくともいずれかをイオン注入することにより導電層を形成する工程と、A step of forming a conductive layer by ion-implanting at least one of carbon, silicon, and phosphorus ions into the surface after the etching step;
前記導電層を形成する工程の後に、気相合成法により前記表面上に単結晶ダイヤモンドを成長させてダイヤモンド複合体を得る工程とを備え、After the step of forming the conductive layer, a step of growing a single crystal diamond on the surface by a vapor phase synthesis method to obtain a diamond composite,
前記ダイヤモンド複合体を得る工程は、前記単結晶ダイヤモンドの成長温度に達する前に前記ダイヤモンド種結晶を加熱する昇温工程を含み、The step of obtaining the diamond composite includes a heating step of heating the diamond seed crystal before reaching the growth temperature of the single crystal diamond,
前記昇温工程では、メタンガス及び第2不活性ガスの少なくともいずれかを含む第2雰囲気中において前記ダイヤモンド種結晶が加熱され、In the temperature raising step, the diamond seed crystal is heated in a second atmosphere containing at least one of methane gas and a second inert gas,
前記イオン注入のエネルギーは350keV以下であり、前記イオン注入のドーズ量は5×10The ion implantation energy is 350 keV or less, and the ion implantation dose is 5 × 10 5. 1515 個/cmPiece / cm 22 以上5×105 × 10 or more 1717 個/cmPiece / cm 22 以下である、ダイヤモンド複合体の製造方法。A method for producing a diamond composite, which is as follows.
前記第2雰囲気は、水素ガスをさらに含み、The second atmosphere further includes hydrogen gas,
前記イオン注入のエネルギーは、300keV以上である、請求項3に記載のダイヤモンド複合体の製造方法。The method for producing a diamond composite according to claim 3, wherein the ion implantation energy is 300 keV or more.
前記ダイヤモンド複合体から前記ダイヤモンド種結晶を除去することにより前記単結晶ダイヤモンドを得る工程とを備える、単結晶ダイヤモンドの製造方法。 The method for manufacturing a diamond composite according to any one of claims 1 to 5, a step of preparing a diamond composite single crystal diamond is grown on said surface,
And obtaining the single crystal diamond by removing the diamond seed crystal from the diamond composite.
前記ダイヤモンド種結晶の表面上に成長し、単一の成長セクタからなる単結晶ダイヤモンドとを備え、
前記ダイヤモンド種結晶は、前記表面に導電層を有する、ダイヤモンド複合体。 A diamond seed containing multiple growth sectors;
Growing on the surface of the diamond seed crystal, and comprising a single crystal diamond consisting of a single growth sector,
The diamond seed crystal is a diamond composite having a conductive layer on the surface .
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