JPH01141897A

JPH01141897A - ダイヤモンドの合成方法

Info

Publication number: JPH01141897A
Application number: JP62301035A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Ito; 伊藤　利通; Ikuo Hosoya; 郁雄細谷
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1987-11-28
Filing date: 1987-11-28
Publication date: 1989-06-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１・この発明はダイヤモンドの合成方法に関し、さらに詳し
く言うと、たとえば各種保護膜、光学用材料、電子材料
、化学工業材料などに広く利用することができるダイヤ
モンドを速い速度で効率よく堆積させるダイヤモンドの
合成方法に関する。

［従来の技術およびその問題点１近年、ダイヤモンドの合成技術が著しい発展を遂げつつ
あり、これまでに、炭化水素をプラズマ分解して基板表
面に硬質炭素を得るプラズマＣＶＤ法、不均等化学反応
を利用して基板表面に硬？Ｉ炭！膜を得る化学輸送法な
どのＣＶＤ法、熱陰極ＰＩＧガン、冷陰極ＰＩＧガンあ
るいはスパッターガンを用いたイオン化ＴＡＨ法などの
種々の合成技術が知られるに至っている。

ところで、従来、提案されてきた方法は、原料に炭化水
素または炭化水素と水素との混合ガスを用いるものであ
るが（特開昭５８−９１１００号公報、特開昭５８−１
１０４９４号公報、特開昭５８−１３５１１７号公報、
特開昭５９−６３７３２号公報、特開昭６０−１０３０
９９号公報等参照）、これらの方法は、いずれも可燃性
、爆発性のガスを用いるため、取扱いに危険を伴い、安
全面での問題があり、若干高価であるという経済上の問
題もあった。

また、ダイヤモンドの堆積速度の向上を図ることを目的
として、炭化水素と水素とからなる混合ガスに一酸化炭
素を含有させた原料ガスを用いる方法が提案されている
（特開昭６Ｏ−１９１ｆ１９７号公報参照）。

しかしながら、前記公報に記載された方法は従来の方法
において用いられてきた原料ガスに新たに一酸化炭素を
含有させる必要があるので、Ｒ料ガスの調製が複雑化す
るとともに、その操作が煩雑であるという新たな問題を
有している。さらに、前記公報によると、炭化水素に配
合する一酸化炭素の配合含有量を１０容量％よりも多く
すると、基体表面に析出する人工ダイヤモンド中の酸素
含有量が多くなりすぎて、ダイヤモンドの結晶構造が損
なわれるようになると言う重大な欠点があり、さらには
、取扱い上の安全性にも問題があった。

そこで、取扱いが安全で、経済上有利で、しかも操作が
簡単で、生産効率に優れた。結晶構造の損なわれていな
いダイヤモンドの合成方法への要請は依然として強いの
が現状である。

［発明の目的］この発明の目的は、前記要請に応え、高周波プラズマＣ
ＶＤ法、マイクロ波プラズマＣｖＤ法、熱フイラメント
ＣＶＤ法、化学輸送法、イオン化蒸着法、イオンビーム
蒸着法等のいずれの方法による場合であっても、取扱い
が安全で、経済上有利で、しかも原料ガスの調製に要す
る操作がきわめて簡単で生産効率に優れた。結晶構造に
乱れのないダイヤモンドの合成方法を提供することであ
る。

［前記目的を達成するための手段］前記目的を達成するために、この発明者が鋭意検討を重
ねた結果、二酸化炭素ガスと水素ガスとの混合ガスを原
料に用いた場合には、驚くべきことに、従来、必須の原
料とされていた炭化水素を用いなくてもダイヤモンドを
製造することができ、しかも、炭化水素を用いた場合に
比較して取扱いが安全で、経済上有利で、しかも効率よ
くダイヤモンドが合成できることを見い出してこの発明
に到達した。

すなわち、この発明の概要は、水素に対する二酸化炭素
が０．１〜２０モル％となる割合で混合された二酸化炭
素と水素とを励起して得られるガスを、基板に接触させ
ることを特徴とするダイヤモンドの合成方法である。

使用に供する前記二酸化炭素としては特に制限がなく、
たとえば石灰石を強熱するかまたは石炭などを燃焼させ
、生ずるガスを炭酸塩溶液に吸収させて炭酸水素塩をつ
くり、これを加熱して精製したものを用いることができ
る。

使用に供する前記水素について特に制限がなく、たとえ
ば石油類のガス化、天然ガス、水性ガスなどの変成、水
の電解、鉄と水蒸気との反応。

石炭の完全ガス化などにより得られるものを充分に精製
したものを用いることができる。

この発明の方法においては、原料ガスとして二酸化炭素
と前記水素とを、水素に対して二酸化炭素が０．１〜２
０モル％、好ましくは、０．１〜ｌＯモル％となる割合
で、含有する混合ガスを励起して得られるガスを、基板
に接触させることにより基板上にダイヤモンドを堆積さ
せる。

前記混合ガス中の二酸化炭素の含有量が０．１モル％よ
りも少ないとダイヤモンドが生成しなかったり、ダイヤ
モンドがたとえ生成してもその堆積速度が著しく小さい
、また、二酸化炭素の含有量が２０モル％よりも多いと
グラファイトを生じる。

前記基板には、特に制限がなく、たとえばシリコン、ア
ルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、コバ
ルトおよびクロムなどの金属、これらの酸化物、窒化物
および炭化物、これらの合金、　Ａ１２０ｘ−Ｆｅ系、
Ｔｉｃ−Ｘｉ系、Ｔｉｅ−ＣＯ系およびＢ４Ｃ−Ｆｅ系
等のサーメットならびに各種セラミックスからなるもの
のいずれをも使用することができる。

前記原料ガスを励起して励起状態の炭素を含有する前記
原料ガスを得る手段としては、たとえばプラズマＣＶＤ
法、スパッタ法、イオン化蒸着法、イオンビーム蒸着法
、熱フイラメント法、化学輸送法などの従来より公知の
方法を用いることができる。

前記プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、前記水素は高
周波またはマイクロ波の照射によってプラズマを形成し
、前記化学輸送法および熱フイラメント法などのＣＶＤ
法を用いる場合には、前記水素は熱または放電により原
子状水素を形成する。

この原子状水素は、ダイヤモンドの析出と同時に析出す
る黒鉛構造の炭素を除去する作用を有する。

この発明の方法においては、前記原料ガスのキャリヤー
として、不活性ガスを用いることもできる。

不活性ガスの具体例としては、アルゴンガス、ネオンガ
ス、ヘリウムガス、キセノンガス、窒素ガスなどが挙げ
られる。

これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組合
わせて用いてもよい。

この発明の方法においては、以下の条件下に反応が進行
して、基板上にダイヤモンドが析出する。

すなわち、前記基板の表面の温度は、前記原料ガスの励
起手段によって異なるので、−概に決定することはでき
ないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いる場合には、
通常、４００℃〜１４００℃、好ましくは４５０℃〜１
２００℃である。この温度が４００℃より低い場合には
、ダイヤモンドの堆積速度が遅くなったり、励起状態の
炭素が生成しないことがある。一方、１４００℃より高
い場合には、基板上に堆積したダイヤモンドがエツチン
グにより削られてしまい、堆積速度の向上が見られない
ことがある。

反応圧力は１通常、　１０−”１Ｇ３　ｔｏｒｒ、好ま
しくは１〜８００　ｔｏｒｒテある０反応圧力が１Ｏ−
３ｔｏｒｒよりも低い場合には、ダイヤモンドの堆積速
度が遅くなったり、ダイヤモンドが析出しなくなったり
する。一方、１０３　ｔｏｒｒより高くしてもそれに相
当する効果は得られない。

この発明の方法により得ることのできるダイヤモンドは
、たとえば切削工具の表面保：ａ膜などの各種保護膜、
光学用材料、電子材料、化学工業材料などに好適に利用
することができる。

［実施例］次いで、この発明の実施例を示し、この発明についてさ
らに具体的に説明する。

（実施例１）周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源を使用し、基板
温度９００℃、圧力５０ｔｏｒｒの条件下に出力を６０
０Ｗに設定した。

次に、この反応室内に二酸化炭素を流量０．３ＳＣＣ層
、水素を流量１００ｇｃｃ腸で導入して、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドの合成を６時間行っ
て、前記温度に制御した基板上に厚みＩｇｍの堆積物を
得た。なお、基板にはシリコンウェハを用いた。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を行なったと
ころ、ラマン散乱スペクトルの１３３３ｃｍ−１付近に
ダイヤモンドに起因するピークが見られ。

不純物のないダイヤモンドであることを確認した。

（実施例２）前記実施例１において、基板にＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ量１２
％）を用いるとともに、基板温度９３０℃、圧力５０ｔ
ｏｒｒ、二酸化炭素の流量５．０ｓｃｃｍ　、水素の流
量９５ｓｃｃｍの条件下に５時間反応を行なってダイヤ
モンドを合成したところ、基板上に厚み２ＩＬｍの堆積
物を得た。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を行なったと
ころ、ラマン散乱スペクトルの１３３３ｃ■−１付近に
ダイヤモンドに起因するピークが見られ、不純物のない
ダイヤモンドであることを確認した。

［発明の効果］この発明によると、高周波プラズマＣＶＤ法。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱フイラメントＣＶＤ法
、化学輸送法、イオン化蒸着法、イオンビーム蒸着法等
のいずれの方法による場合であっても、二酸化炭素と水
素との混合ガスを原料として、ダイヤモンドを合成する
ことができるので、（１）　　取扱いが極めて安全で。

（２）　　二酸化炭素が安価なため経済上有利で、（３
）炭化水素を用いる場合のように、原料ガスの調製が複
雑化したり、操作が煩雑になったりすることがなく。

（４）シかも、生産効率に優れる、（５）　　ダイヤモンドの結晶構造に乱れがない等の効
果を有する工業的に有利なダイヤモンドの合成方法を提
供することができる。

特許出願人　　出光石油化学株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水素に対して二酸化炭素が０．１〜２０モル％と
なる割合で混合された二酸化炭素と水素とを励起して得
られるガスを、基板に接触させることを特徴とするダイ
ヤモンドの合成方法。