JPH04132687A - Method for synthesizing diamond single crystal film - Google Patents

Method for synthesizing diamond single crystal film

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JPH04132687A
JPH04132687A JP25388190A JP25388190A JPH04132687A JP H04132687 A JPH04132687 A JP H04132687A JP 25388190 A JP25388190 A JP 25388190A JP 25388190 A JP25388190 A JP 25388190A JP H04132687 A JPH04132687 A JP H04132687A
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Abstract

PURPOSE:To obtain good films having various sizes by employing the single crystal of Ni, Co or Ni-Co alloy mixed with Fe, Cu, Cr, etc., in a prescribed ratio as a substrate when the diamond single crystal film is formed by a chemical gaseous phase method. CONSTITUTION:A substrate comprising a Ni single crystal, Co single crystal or Ni-Co alloy single crystal is prepared. The Ni single crystal is preferably mixed with one or more metals selected from <=50% of Fe, <=50% of Cu, 12% of Cr, <=10% of Mn, <=10% of Pt, <=10% of Pd, <=7% of Au and <=7% of Ag. The Co single crystal is preferably mixed with one or more metals selected from <=40% of Fe, <=40% of Cu, <=15% of Cr, <=10% of Mn, <=8% of Pt, <=8% of Pd, <=5% of Au and <=5% of Ag. A single crystal of diamond is formed on the substrate of the single crystal by a chemical phase method.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はダイヤモンド単結晶膜の合成方法に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for synthesizing a diamond single crystal film.

(従来の技術及び解決しようとする課題)ダイヤモンド
は、その優れた性質から、硬質材料としてのみならず、
電子材料、発光材料などの高機能性材料としての応用が
期待されている。現在、実用化されている電子素子の基
礎技術の一つに、結晶性が高く、不純物制御された単結
晶膜の合成技術がある。ダイヤモンドが高機能性材料と
して実用化されるためには、他の材料と同様に良質の単
結晶膜の合成技術を確立することが必要とされている。
(Prior art and problems to be solved) Due to its excellent properties, diamond is not only used as a hard material.
It is expected to be applied as a highly functional material such as electronic materials and luminescent materials. One of the fundamental technologies for electronic devices that is currently in practical use is the synthesis technology of single-crystal films with high crystallinity and controlled impurities. In order for diamond to be put to practical use as a highly functional material, it is necessary to establish a synthesis technology for high-quality single crystal films, just as with other materials.

現在、ダイヤモンドの合成法としては、高圧法と化学気
相法(CVD法)が知られている。
Currently, high-pressure methods and chemical vapor phase methods (CVD methods) are known as diamond synthesis methods.

高圧法には、プレスを用いて高圧・高温状態を長時間持
続させる静的高圧法と、爆薬などを利用して瞬間的に高
圧・高温状態を発生させる動的高圧法(衝撃圧縮法)が
ある。良質結晶は静的高圧下で、鉄、コバルト、ニッケ
ル、白金及びこれらの合金の溶融状態をつくり、この溶
融金属に黒鉛を溶解し、ダイヤモンドとして再析出、結
晶化することを利用した方法(触媒法)によって合成さ
れている。しかし、この方法は、大型単結晶、焼結体(
多結節体)の合成に利用されており、薄膜の合成には適
していない。
There are two types of high-pressure methods: the static high-pressure method, which uses a press to maintain high pressure and high temperature for a long time, and the dynamic high-pressure method (shock compression method), which uses explosives to instantaneously generate high pressure and high temperature. be. High-quality crystals are produced using a method (catalytic (method). However, this method cannot be applied to large single crystals, sintered bodies (
It is used for the synthesis of multi-nodular bodies) and is not suitable for the synthesis of thin films.

一方、化学気相法には、熱フイラメント法、マイクロ波
プラズマCVD法、高周波プラズマCVD法、直流プラ
ズマCVD法、燃焼法などの異なった方法が知られてい
る。化学気相法は各種基板上にダイヤモンド膜を合成で
きること、不純物制御に有利であることから、半導体材
料、各種電子材料、発光材料用ダイヤモンドなどの合成
↓こ利用できることが期待されている。いずれの化学気
相法においても生成するダイヤモンドの結晶性は合成条
件(特に原料ガスの組成と基板温度)に強く依存し、生
成する結晶は通常、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤ
モンドに比較し、高濃度の欠陥をもっていることが知ら
れている。最近、これらの条件を制御することによって
、天然ダイヤモンドの高純度型として知られているUa
型に近い性質を示す良質のダイヤモンド単結晶が合成で
きることが示された。しかし、このような適正条件下で
も多結晶膜は高濃度の欠陥をもっていることが明らかと
なった。
On the other hand, different chemical vapor phase methods are known, such as a thermal filament method, a microwave plasma CVD method, a high frequency plasma CVD method, a direct current plasma CVD method, and a combustion method. Since the chemical vapor phase method can synthesize diamond films on various substrates and is advantageous in controlling impurities, it is expected that it can be used to synthesize diamond for semiconductor materials, various electronic materials, and luminescent materials. The crystallinity of the diamond produced in any chemical vapor phase method strongly depends on the synthesis conditions (particularly the composition of the raw material gas and the substrate temperature), and the crystals produced usually have a higher concentration than natural diamond or high-pressure synthetic diamond. It is known to have some defects. Recently, by controlling these conditions, Ua, which is known as a high-purity type of natural diamond, has been developed.
It has been shown that high-quality diamond single crystals that exhibit properties close to those of regular diamonds can be synthesized. However, it has become clear that even under such appropriate conditions, polycrystalline films have a high concentration of defects.

現在、化学気相法によって各種基板上に合成されるダイ
ヤモンド膜は、多結晶質であり、多結晶膜は上述のよう
に欠陥濃度が高いのみでなく、歪みをもつこと、Ila
型について[%されるバンド間の発光が観測されないこ
となど、単結晶に比べて結晶性が劣ること、発光特性に
対する悪影響があることなどを示す事実が明らかとなっ
てきた。
Currently, diamond films synthesized on various substrates by chemical vapor deposition are polycrystalline, and polycrystalline films not only have a high defect concentration as mentioned above, but also have distortions.
It has become clear that crystallinity is inferior to that of single crystals, such as the fact that no interband luminescence is observed, and that there is an adverse effect on luminescent properties.

このことから、高い結晶性が要求される電子材料、発光
材料などの用途については大きな制約が生じることが容
易に予測される。また、半導体を合成する際にも不都合
が生じる。原料ガスにほう素を含むジボラン(B2HJ
ガスを添加することにより、はう素ドープしたp型の半
導体ダイヤモンドを合成することができる。この場合、
同じジボラン濃度でも結晶面によってほう素が取り込ま
れ濃度が変化することが知られている。気相法で現れる
面は通常(111)面或いは(100)面であるが、多
結晶膜ではこれら二つの面をもつ結晶粒が無秩序に配列
しているため、はう素濃度の不均一が生じる。このため
、電気伝導度、易動度などの不均一性を生じる。結晶粒
の大きさは、通常数ミクロンであり、サーミスターなど
のように数mmの大きさをもつ素子ではこの不均一性は
無視できるが、サブミクロンの構造を有するトランジス
ター、集積回路などでは多結晶膜を利用することはでき
ない。
From this, it is easy to predict that there will be major restrictions on applications such as electronic materials and light-emitting materials that require high crystallinity. Further, inconveniences arise when synthesizing semiconductors. Diborane (B2HJ) containing boron in the raw material gas
By adding gas, a p-type semiconductor diamond doped with boron can be synthesized. in this case,
It is known that even with the same diborane concentration, boron is incorporated depending on the crystal plane and the concentration changes. The planes that appear in the vapor phase method are usually (111) or (100) planes, but in polycrystalline films, crystal grains with these two planes are arranged in a disordered manner, resulting in non-uniformity in the boronic concentration. arise. This causes non-uniformity in electrical conductivity, mobility, etc. The size of crystal grains is usually several microns, and although this non-uniformity can be ignored in devices with a size of several millimeters such as thermistors, it can be ignored in devices with submicron structures such as transistors and integrated circuits. Crystal films cannot be used.

更に、歪み、粒界の存在によって単結晶に比べ易動度が
大きく低下することも、シリコンなどでよく知られてお
り、この点は、高速素子を作成する上では決定的な障害
となる。
Furthermore, it is well known that the mobility of silicon is greatly reduced compared to single crystal due to the presence of strain and grain boundaries, and this point is a decisive obstacle in creating high-speed devices.

このように、多結晶膜は高性能電子材料、発光材料とし
ての利用には適しておらず、このため、単結晶膜の合成
技術の確立が要請されているのが現状である。
As described above, polycrystalline films are not suitable for use as high-performance electronic materials or light-emitting materials, and therefore there is currently a need to establish a synthesis technique for single-crystalline films.

このような背景から、化学気相法による単結晶膜の合成
技術(エピタキシャル成長技術)の開発が望まれていた
が、成功例は少ない。
Against this background, there has been a desire to develop a technique for synthesizing single crystal films (epitaxial growth technique) using chemical vapor deposition, but there have been few success stories.

最もよく知られているのは、ダイヤモンド上への!林結
晶膜合成であり、同一構造の成長であることから、ホモ
エピタキシャル成長とも呼ばれる。
The best known is On the Diamond! This is Hayashi crystalline film synthesis, and because it grows with the same structure, it is also called homoepitaxial growth.

膜の大きさは基板として用いるダイヤモンド単結晶の大
きさで決定される。
The size of the film is determined by the size of the diamond single crystal used as the substrate.

異なった基板」二での成長として代表的なものは、立法
品窒化はう素(cBN)である。ダイヤモンドと同じ結
晶構造をもち、格子定数もダイヤモンドと極めて近い(
aT3Nの方が1.3%大きい)ことが特徴である。幾
つかの異なった研究機関からの報告があり、c B N
−J=でのエピタキシャル成長は確かなものと考えられ
ている。しかし、cBNはダイヤモンドと同様に高圧安
定相であり、現在高圧法で合成されている。大型単結晶
の合成はダイヤモンド基板の場合より困難とされており
、2〜3mm以上の良質結晶の量産の可能性は極めて低
い。
A typical example of growth on a different substrate is cubic boron nitride (cBN). It has the same crystal structure as diamond, and its lattice constant is extremely similar to that of diamond (
aT3N is 1.3% larger). There are reports from several different research institutions, c B N
Epitaxial growth at −J= is considered reliable. However, like diamond, cBN is a high-pressure stable phase and is currently synthesized by a high-pressure method. Synthesis of large single crystals is said to be more difficult than in the case of diamond substrates, and the possibility of mass production of high-quality crystals of 2 to 3 mm or more is extremely low.

このため、 cBNは、基板」二でのエピタキシャル成
長は実用的にはあまり大きな価値をもつとは期待されな
い。
For this reason, epitaxial growth of cBN on a substrate is not expected to have much practical value.

更に、炭化けい素(SiC)単結晶を基板とした単結晶
膜合成の特許が提案されている。炭化けい索車結晶の合
成には、ダイヤモンド、窒化はう素の場合のような高度
な技術は要求されないが、ダイヤモンドとの格子定数の
差異が大きい(約20%)ため、エピタキシャル成長し
たダイヤモンド膜の歪みが極めて大きくなるか、或いは
その歪みを緩和するために高い密度で転位が発生する可
能性がある。転位は欠陥の一種であり、材料としての特
性に不利な影響を及ぼすことが予想される。
Further, a patent has been proposed for synthesizing a single crystal film using a silicon carbide (SiC) single crystal as a substrate. Although the synthesis of carbide pulley crystals does not require the same advanced technology as diamond and boron nitride, the difference in lattice constant from diamond is large (approximately 20%), so it is difficult to synthesize epitaxially grown diamond films. The strain may become extremely large, or dislocations may occur at a high density to alleviate the strain. Dislocations are a type of defect and are expected to have an adverse effect on the properties of the material.

また、数cm以上の良質SjC単結晶合成は通常の合成
法では困難であり、シリコンを基板としたエピタキシャ
ル成長技術を利用する必要がある。
Furthermore, it is difficult to synthesize a high-quality SjC single crystal with a size of several cm or more using normal synthesis methods, and it is necessary to use epitaxial growth technology using silicon as a substrate.

本発明は、上記従来技術の欠点を解消して、種々の大き
さのダイヤモンド単結晶を経済的に合成し得る方法を提
供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for economically synthesizing diamond single crystals of various sizes by eliminating the drawbacks of the prior art described above.

(課題を解決するための手段) 前記課題を解決するため、本発明者等は、化学気相法に
おける基板の材質について種々研究を重ねた結果、ここ
に本発明をなしたものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various studies on materials for substrates in chemical vapor deposition methods, and have hereby accomplished the present invention.

すなわち、本発明は、基板上に化学気相法によリダイヤ
モンド乍結品膜を得るに際し、基板としてニッケル単結
晶、コバル1〜!、に結晶或いはニッケルーコバ用1〜
合金単結晶を用いることを特徴とするダイヤモンド単結
晶膜の合成方法を要旨とするものである。
That is, in the present invention, when obtaining a diamond-containing film on a substrate by a chemical vapor phase method, the substrate is a nickel single crystal, Kobal 1~! , for crystal or nickel coating 1~
The gist of this invention is a method for synthesizing a diamond single crystal film, which is characterized by using an alloy single crystal.

以下に本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.

(作用) 本発明に用いる基板は、ニッケル又はニッケル合金単結
晶、コバルト又はニッケル合金単結晶、ニッケル−コバ
ルト合金単結晶である。
(Function) The substrate used in the present invention is a nickel or nickel alloy single crystal, a cobalt or nickel alloy single crystal, or a nickel-cobalt alloy single crystal.

これらの単結晶或いは単結晶膜は帯溶融法(ゾーンメル
ト法)、引上法、ブリッジマン法、蒸着法、気相法など
の従来技術によって合成できる。
These single crystals or single crystal films can be synthesized by conventional techniques such as a zone melt method, a pulling method, a Bridgman method, a vapor deposition method, and a vapor phase method.

また、その大きさについても数cm以」二の単結晶又は
単結晶膜を合成することには特に困難はなく、高機能素
子の生産に有利な方法である。
Furthermore, there is no particular difficulty in synthesizing single crystals or single crystal films with a size of several cm or more, and this method is advantageous for producing high-performance devices.

このように、本発明は、大きさ、経済性において、ダイ
ヤモンドや立法品窒化はう素などを基板に用いた技術に
比べて遥かに有利であり、また炭化けい素を基板とした
場合に比べ、経済性において有利である共に、合成され
る単結晶膜の結晶性が高いことが予測され、高性能電子
材料、発光材料などダイヤモンドを利用した高機能性材
料の実用化に大きな意義を持つものである。
As described above, the present invention is far more advantageous in terms of size and economy than technologies using diamond or cubic boron nitride as a substrate, and is far more advantageous than technologies using silicon carbide as a substrate. In addition to being economically advantageous, it is predicted that the synthesized single-crystalline film will have high crystallinity, and will have great significance in the practical application of high-performance materials using diamond, such as high-performance electronic materials and light-emitting materials. It is.

本発明法の基本は、基板として前述の各種単結晶を用い
、この上に化学気相法によってダイヤモンドをエピタキ
シャル成長させることにある。
The basis of the method of the present invention is to use the aforementioned various single crystals as a substrate, and to epitaxially grow diamond thereon by a chemical vapor phase method.

基板としては、前述の如くニッケル又はニッケル合金単
結晶、コバルト又はニッケル合金単結晶、ニッケル−コ
バルト合金単結晶である。これらの単結晶の成分組成と
しては、例えば、以下のものが挙げられる。
As described above, the substrate may be a nickel or nickel alloy single crystal, a cobalt or nickel alloy single crystal, or a nickel-cobalt alloy single crystal. Examples of the component composition of these single crystals include the following.

ニッケル単結晶の場合、ニッケルに、鉄=50ata+
%以下、銅:50atm%以下、クロム:]、2atm
%以下、マンガン:10atm%以下、白金:10at
m%以下、パラジウム:1.Oatm%以下、金ニアa
tm%以下及び銀:7atm%以下のうちの1種又は2
種以上を添加した単結晶が利用できる。
In the case of nickel single crystal, nickel and iron = 50 ata+
% or less, copper: 50 atm or less, chromium: ], 2 atm
% or less, manganese: 10 atm % or less, platinum: 10 atm
m% or less, palladium: 1. Oatm% or less, gold near a
tm% or less and silver: one or two of 7 atm% or less
Single crystals with added seeds or more can be used.

コバルト単結晶の場合、コバル1〜に、鉄:40atm
%以下、銅:4.Oatm%以下、クロム:]−5at
m%以下、マンガン:10atm%以下、白金:8at
m%以下、パラジウム:8atm%以下、金:5atm
%以下及び銀:5atm%以下のうちの1種又は2種以
上を添加した単結晶が利用できる。
In the case of cobalt single crystal, cobal 1~, iron: 40 atm
% or less, copper: 4. Oatm% or less, chromium: ]-5at
m% or less, manganese: 10 atm% or less, platinum: 8 atm
m% or less, palladium: 8 atm% or less, gold: 5 atm
% or less and silver: 5 atm % or less can be used.

ニッケル−コバルト単結晶の場合、NjとCoの任意割
合の合金、或いは鉄:50atm%以下、銅:50at
m%以下、クロム:15atm%以下、マンゴン:lO
atm%以下、白金:Oatm%以下、パラジウム:1
0at+++%以下、金:7atm%以下及び銀=7 
atn%以下のうちの1種又は2種以上を添加した単結
晶が利用できる。
In the case of nickel-cobalt single crystal, an alloy of Nj and Co in any proportion, or iron: 50 atm% or less, copper: 50 atm%
m% or less, chromium: 15 atm% or less, mangon: 1O
atm% or less, platinum: Oatm% or less, palladium: 1
0at+++% or less, gold: 7atm% or less and silver = 7
A single crystal containing one or more of atn% or less can be used.

また、基板に用いるニッケル単結晶、コバ用1〜単結晶
及びニッケル−コバルト単結晶が、チタン。
Further, the nickel single crystal used for the substrate, the edge 1~ single crystal, and the nickel-cobalt single crystal are titanium.

モリブデン、タンタル、タングステン、けい素及びほう
素のいずれかを1 stm%以下を含有するm結晶、或
いはこれら元素の任意の組み合わせ?総量1 stm%
以下で含有する単結晶も利用でき、更には、これらの元
素と、前述の鉄、銅、クロム、マンガン、白金、パラジ
ウム、金、銀の1種又は2種以上との複合添加した単結
晶も利用できる。
m-crystal containing 1 stm% or less of any of molybdenum, tantalum, tungsten, silicon, and boron, or any combination of these elements? Total amount 1 stm%
Single crystals containing the following can also be used, and single crystals containing these elements and one or more of the above-mentioned iron, copper, chromium, manganese, platinum, palladium, gold, and silver can also be used. Available.

基板となる単結晶は前述の如く帯溶融法、引上法、ブリ
ッジマン法などの結晶育成法によって合成された単結晶
インゴットを必要とする面方位に切り出したもの、或い
は蒸着法、化学気相法(例えばMOCVD法)によって
所定の面方位にエピタキシャル成長させた単結晶膜を利
用するなどの方法がある。また、適正な合成条件判定の
ためには多結晶基板を用いることもできる。基板の結晶
子が小さい場合には、多結晶基板を還元雰囲気中(例え
ば水素プラズマ中)で、約900℃で熱処理することに
より、結晶子の大きさを1.mm程度に再結晶化させる
ことができる。このような多結晶基板を使用すれば、各
結晶子内でダイヤモンドの配向を観察することにより合
成条件の適否の判定を行うことができる。
As mentioned above, the single crystal that becomes the substrate is a single crystal ingot synthesized by a crystal growth method such as a band melting method, a pulling method, or a Bridgman method, and then cut into the required plane direction, or by a vapor deposition method or a chemical vapor phase method. There are methods such as using a single crystal film epitaxially grown in a predetermined plane orientation by a method (for example, MOCVD method). Furthermore, a polycrystalline substrate can also be used to determine appropriate synthesis conditions. If the crystallites of the substrate are small, the polycrystalline substrate may be heat-treated at about 900°C in a reducing atmosphere (for example, in hydrogen plasma) to reduce the crystallite size to 1. It can be recrystallized to about mm. If such a polycrystalline substrate is used, it is possible to determine whether the synthesis conditions are suitable or not by observing the orientation of diamond within each crystallite.

化学気相法としては、炭素を含むガスを原料としたダイ
ヤモンド合成法として知られている化学気相法のいずれ
もが利用できる。原料ガスを2000℃前後の高温に加
熱したタングステン線などで活性化する熱フイラメント
法、放電によって原=11− +2− 料ガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマCVD法、
高周波プラズマCVD法、直流アークプラズマ法、高周
波アークプラズマ法、またアセチレンと酸素を適正な割
合で混合して燃焼させ、その炎を利用する燃焼炎法など
がその代表的なものである(第1図〜第4図参照)。
As the chemical vapor phase method, any chemical vapor phase method known as a diamond synthesis method using carbon-containing gas as a raw material can be used. Thermal filament method, in which the source gas is activated with a tungsten wire heated to a high temperature of around 2000°C; the microwave plasma CVD method, in which the source gas is turned into plasma by electric discharge;
Typical examples include the high-frequency plasma CVD method, the DC arc plasma method, the high-frequency arc plasma method, and the combustion flame method, which uses the flame of a mixture of acetylene and oxygen in an appropriate ratio. (See Figures 4 to 4).

次に、化学気相法の一つであるマイクロ波プラズマCV
D法を例にとり、本発明の合成法を詳細する。
Next, we will use microwave plasma CV, which is one of the chemical vapor phase methods.
The synthesis method of the present invention will be explained in detail by taking method D as an example.

第1図に示すマイクロ波プラズマCVD法の反応室(3
)のほぼ中心に設けた試料支持台(7)にニッケル単結
晶基板を置く。基板を単結晶インゴットから切り出した
場合には、酸処理等により表面の乱れた層を除去するこ
とが望ましい。また、核発生密度向上のための表面処理
も効果的である。
The reaction chamber (3) of the microwave plasma CVD method shown in Figure 1
) Place the nickel single crystal substrate on the sample support stand (7) provided approximately at the center of the sample support stand (7). When the substrate is cut out from a single crystal ingot, it is desirable to remove the disordered layer by acid treatment or the like. Furthermore, surface treatment to improve the nucleation density is also effective.

反応室を排気した後、原料ガスとして所定の組成をもつ
メタン−水素の混合ガスを導入し、10〜20分反応室
を洗浄した後、マイクロ波発振器(1)からマイクロ波
を専き、反応室内のガスをプラズマ化し、更に所定の基
板温度が達成される電力に調整する。この時、必要に応
じ、まず水素ガスのみを導入し、水素プラズマによって
基板の前処理を行ってもよい。これは、表面に付着した
有機質、炭素などを除去するのに効果的である。水素−
メタン混合ガスを原料とし、全圧40Torr、ニッケ
ルを基板とし、基板温度880℃としだ場る)、メタン
濃度0 、9 vo 0%(以下「%」と略記する)で
は生成するダイヤモンドは基板とエピタキシーの関係(
基板の結晶方位とダイヤモンドの結晶方位が一定の対応
関係にあること)をもち単結晶膜が形成されるが、メタ
ン濃度1.0%以上ではいずれも黒鉛が生成しエピタキ
シーは認められなかった。この中間領域では(0,9%
〈メタン濃度く1.0%)基板の部分によって結果が異
なることなど、満足すべき再現性が得られなかった。
After evacuating the reaction chamber, a mixed gas of methane and hydrogen with a predetermined composition was introduced as a raw material gas, and after cleaning the reaction chamber for 10 to 20 minutes, the microwave was applied exclusively from the microwave oscillator (1) to start the reaction. The gas in the room is turned into plasma, and the power is adjusted to achieve a predetermined substrate temperature. At this time, if necessary, only hydrogen gas may be introduced first, and the substrate may be pretreated with hydrogen plasma. This is effective in removing organic matter, carbon, etc. attached to the surface. Hydrogen-
When the raw material is methane mixed gas, the total pressure is 40 Torr, the substrate is nickel, and the substrate temperature is 880°C), and the methane concentration is 0 and 9 vo 0% (hereinafter abbreviated as "%"), the diamond that is produced is similar to the substrate. Epitaxy relationship (
A single-crystal film was formed with a certain correspondence between the crystal orientation of the substrate and the crystal orientation of diamond. However, at methane concentrations of 1.0% or more, graphite was generated and no epitaxy was observed. In this intermediate region (0.9%
(Methane concentration: 1.0%) Satisfactory reproducibility was not obtained, with results varying depending on the part of the substrate.

黒鉛生成のメタン濃度依存性については結晶面によって
顕著な違いは認められず、コバルト基板についての結果
もほぼ同様であった。比較のため、シリコン又はモリブ
デンを基板とした実験を同し条件で行ったが、この場合
には1.0%においても比較的良質な多結晶膜が得られ
た。
Regarding the dependence of graphite formation on methane concentration, no significant difference was observed depending on the crystal plane, and the results for the cobalt substrate were almost the same. For comparison, an experiment using silicon or molybdenum as a substrate was conducted under the same conditions, and in this case, a polycrystalline film of relatively good quality was obtained even at 1.0%.

原料ガスとして上記メタン−水素系に水蒸気0゜3vo
Q%を加えた場合には、メタン1.8%以下ではエピタ
キシャル成長が観察されたが、2.0%以上では黒鉛の
生成が認められ、単結晶膜は形成されなかった。
0°3vo of water vapor is added to the above methane-hydrogen system as a raw material gas.
When Q% was added, epitaxial growth was observed when methane was 1.8% or less, but graphite formation was observed when methane was 2.0% or more, and no single crystal film was formed.

化学気相合成法において原料ガスとしては種々の組み合
わせが知られており、本発明ではいずれもが有効である
。メタン、エタン、エチレン、アセチレンなどの炭化水
素と水素の混合ガスで代表されるC−H系、炭化水素−
水素−水蒸気(又は酸素)、アルコール−水素、−酸化
炭素−水素、燃焼炎法でのアセチレン−酸素などで代表
されるC −H−0系でもよい。いずれの場合にも、通
常適正な基板温度は、気相合成について通常報告されて
いる範囲(大略400〜1.100℃、望ましくは50
0〜1000℃)と一致した。詳細な検討によると、8
50〜950℃のより高温側でエピタキシーの完全性が
高く、また、核発生密度は750〜900℃で比較的高
い値をもつことが示された。このため、例えば、反応初
期について800℃で核発生を行わせ、その後950℃
で成長させるという操作は均一で良質な単結晶膜を得る
のに効果的である。
Various combinations of raw material gases are known in chemical vapor phase synthesis, and any of them are effective in the present invention. C-H series, hydrocarbons represented by mixed gases of hydrocarbons and hydrogen such as methane, ethane, ethylene, and acetylene.
It may be a C-H-0 system such as hydrogen-steam (or oxygen), alcohol-hydrogen, carbon oxide-hydrogen, or acetylene-oxygen in the combustion flame method. In either case, the normally appropriate substrate temperature is within the range usually reported for vapor phase synthesis (approximately 400-1.100°C, preferably 50°C).
0-1000°C). According to detailed study, 8
It was shown that the epitaxy was more complete at higher temperatures of 50 to 950°C, and the nucleation density was relatively high at 750 to 900°C. For this reason, for example, nucleation is performed at 800°C in the initial stage of the reaction, and then at 950°C.
This operation is effective for obtaining a uniform and high quality single crystal film.

ニッケル又はコバルトを基板としてこれらにダイヤモン
ドを成長させる場合、重要なことは黒鉛の生成を抑制す
ることにある。ニッケル、コバルトのもつ触媒作用のた
め、これら基板上ではシリコン、モリブデンなど他の多
くの基板に比較し、黒鉛の析出速度が大きい傾向がみら
れることが特徴である。このため、例えば、原料ガス中
の炭素濃度が比較的高い時には、他の基板ではダイヤモ
ンドが生成する場合でも、ニッケル、コバル1−では基
板表面にまず黒鉛が生成し、その後に黒鉛上にダイヤモ
ンドが生成するという現象がしばしば見られる。この場
合には通常黒鉛は基板とエビタキシ−の関係(黒鉛の結
晶方位と基板の結晶方位が一定の対応関係をもつこと)
をもたず、したがって、黒鉛」二に生成するダイヤモン
1くがたとえ黒鉛とエピタキシーの関係にあっても、ダ
イヤモンドは基板とエピタキシーの関係をもたない。ま
た。
When growing diamond on nickel or cobalt as a substrate, it is important to suppress the formation of graphite. Due to the catalytic action of nickel and cobalt, graphite precipitation tends to be faster on these substrates than on many other substrates such as silicon and molybdenum. Therefore, for example, when the carbon concentration in the raw material gas is relatively high, even if diamonds are formed on other substrates, graphite is first formed on the substrate surface with nickel and Kobal 1-, and then diamonds are formed on the graphite. The phenomenon of generation is often observed. In this case, graphite usually has an epitaxy relationship with the substrate (the crystal orientation of graphite and the crystal orientation of the substrate have a certain correspondence relationship).
Therefore, even if diamonds formed on graphite have an epitaxial relationship with graphite, diamond does not have an epitaxial relationship with the substrate. Also.

これまでの観察からは、黒鉛上に成長するダイヤモン1
〜がエピタキシーとなる例は見い出されていない。した
がって、基板と黒鉛がエピタキシーの関係にあっても、
基板とダイヤモンドがエピタキシーとなることは期待し
難い。
From the observations so far, diamond 1 growing on graphite
No example has been found where ~ results in epitaxy. Therefore, even if the substrate and graphite are in an epitaxial relationship,
It is difficult to expect epitaxy between the substrate and diamond.

このような事情から、ニッケル又はコバルト基板]二に
まず黒鉛層が生成するとエピタキシャル成長の可能性は
極めて低いものとなる。これまでに、ニッケル、コバ用
1〜基板でダイヤモン1くのエピタキシーが見い出され
ていないのはこのためであると考えられる。黒鉛層の生
成は反応条件によって制御される。特に、重要となるの
はガスの組成と基板温度(正確には基板表面温度)の制
御である。
Under these circumstances, if a graphite layer is first formed on a nickel or cobalt substrate, the possibility of epitaxial growth is extremely low. This is thought to be the reason why diamond epitaxy has not been found so far in nickel and edge substrates. The formation of the graphite layer is controlled by the reaction conditions. Particularly important are the control of gas composition and substrate temperature (more precisely, substrate surface temperature).

反応初期に黒鉛が生成せずダイヤモンドのみか生成する
条件下では、生成するダイヤモンドは基板とエピタキシ
ーの関係を有する。ダイヤモン1への核発生密度は通常
10g個/cm2以下であり、反応初期に試料を走査型
電子顕微鏡で観察すると、結晶方位が揃った結晶粒が多
数認められる。反応時間と共にこれら粒子が成長、合体
して単結晶膜となる。エピタキシー、及び単結晶である
ことはX線回折、電子回折によって確認される。
Under conditions in which graphite is not produced at the initial stage of the reaction and only diamond is produced, the produced diamond has an epitaxial relationship with the substrate. The density of nucleation in Diamond 1 is usually 10 g/cm2 or less, and when a sample is observed with a scanning electron microscope at the early stage of the reaction, many crystal grains with uniform crystal orientation are observed. As the reaction time progresses, these particles grow and coalesce to form a single crystal film. Epitaxy and single crystallinity are confirmed by X-ray diffraction and electron diffraction.

エピタキシャル成長の厳密な判定はX線回折、電子回折
によって行なわれるが、合成条件の適否の判定には反応
初期における走査型電子顕微鏡或いは光学顕微鏡による
ダイヤモンド粒子の形態観察が簡便で有効である。例え
ば、基板面が(111)の場合には粒子は方位の揃った
正三角形として、(100)面の場合には、方位の揃っ
た正方形として観察される。また、ラマンスペクトルの
観測は黒鉛、ダイヤモンドの識別には有効であり、回折
、形態観察と併用することによって正確な判定が行なわ
れる。
Accurate determination of epitaxial growth is performed by X-ray diffraction or electron diffraction, but observation of the morphology of diamond particles using a scanning electron microscope or optical microscope at the initial stage of the reaction is simple and effective for determining the suitability of synthesis conditions. For example, when the substrate surface is (111), the particles are observed as equilateral triangles with uniform orientation, and when the substrate surface is (100), the particles are observed as squares with uniform orientation. Furthermore, observation of Raman spectra is effective in distinguishing between graphite and diamond, and accurate determination can be made by using them in combination with diffraction and morphological observation.

現在の化学気相合成法における基板温度測定には、合成
法、測定者によって幾つかの方法が使用されており、相
互にこれらを比較する場合に比較的大きな誤差を伴うこ
とがあるため、単結晶膜合成の適正条件を厳密に定義す
ることは難しい。最も実際的な適正条件の判定法は、基
板温度を一定に保ち(絶対値は正確に判定できなくても
一定であることを確認できればよい)、ガス組成を変化
させその結果を上記のように形態am、ラマンスペクト
ル測定などで確認することである。
Several methods are used to measure the substrate temperature in current chemical vapor synthesis methods, depending on the synthesis method and the person performing the measurement. It is difficult to strictly define the appropriate conditions for crystal film synthesis. The most practical way to determine the appropriate conditions is to keep the substrate temperature constant (even if you cannot accurately determine the absolute value, you just need to confirm that it is constant), change the gas composition, and then compare the results as described above. This can be confirmed by morphology am, Raman spectrum measurement, etc.

ニッケル、コバルト及びこれら合金の基板上にダイヤモ
ンド単結晶膜が生成する適正条件の範囲は、シリコン、
モリブデン、タングステン、石英ガラスなどで代表され
る通常の基板上にダイヤモンド膜が生成すると認定され
る条件に比較し、ガス組成に関して狭くなるのが一般的
傾向である。
The range of suitable conditions for forming diamond single crystal films on substrates of nickel, cobalt, and their alloys is silicon,
The general tendency is for the gas composition to be narrower than the conditions under which diamond films are formed on ordinary substrates such as molybdenum, tungsten, and quartz glass.

これは、気相法では数%程度の黒鉛が析出する条件はダ
イヤモンドの生成領域と認定するのが通例であること、
また、ニッケル、コバルト表面での黒鉛の析出速度が大
きいことに関連している。本発明では合成法、基板温度
、その他の条件が一定の場合、原料ガス中の炭素濃度を
ある臨界値より低く保ち、黒鉛の生成を抑止する必要が
あるために、通常より低濃度領域が適正範囲となる。
This is because, in the gas phase method, the conditions under which a few percent of graphite precipitates are generally recognized as the diamond formation region.
It is also related to the high precipitation rate of graphite on the nickel and cobalt surfaces. In the present invention, when the synthesis method, substrate temperature, and other conditions are constant, it is necessary to keep the carbon concentration in the raw material gas below a certain critical value and suppress the formation of graphite, so a lower concentration region than usual is appropriate. range.

ガス組成の他にも注意すべき点として、基板表面のみで
なく他の部分、例えば、裏側にも黒鉛が生成しないよう
にすることが望ましい。このことは、基板の裏面にもプ
ラズマガスを接触させることによって達成する−また基
板の温度をできるだけ均一にすることも有効である。
In addition to the gas composition, it is desirable to prevent graphite from being generated not only on the surface of the substrate but also on other parts, such as the back side. This is achieved by also contacting the back side of the substrate with the plasma gas - it is also useful to make the temperature of the substrate as uniform as possible.

【以下余白1 (実施例) 次に本発明の実施例を示す。[Margin 1 below (Example) Next, examples of the present invention will be shown.

裏庭■よ 内径40肛φの石英ガラス製反応管内の基板支持皿上に
純度99.99%、大きさ5mmφ×16011IIl
t、方位(100)面のニッケル単結晶基板を設置した
。ロータリーポンプと油拡散ポンプにより、反応管中を
1O−4Torrまで排気した後、メタンガス0.5v
oQ%を含む水素−メタン混合ガスを100mA/wi
nの流量で流し、反応管内の圧力を40 Torrとな
るようにした。
In the backyard ■ 99.99% purity, size 5 mm φ x 16011 IIl was placed on a substrate support dish in a quartz glass reaction tube with an inner diameter of 40 φ.
A nickel single crystal substrate with a (100) orientation was installed. After evacuating the reaction tube to 1O-4 Torr using a rotary pump and an oil diffusion pump, methane gas was released at 0.5v.
Hydrogen-methane mixed gas containing oQ% at 100mA/wi
The pressure inside the reaction tube was set to 40 Torr.

次に、反応管外部から、基板を設置した場所へマイクロ
波を、反応舎に垂直な方向より印加し、プラズマを発生
させた。
Next, microwaves were applied from outside the reaction tube to the location where the substrate was installed in a direction perpendicular to the reaction chamber to generate plasma.

プラズマ点灯後、マイクロ波投入電力を調整して基板温
度を880℃となるようにした。このときのマイクロ波
投入電力は380wであった。基板温度は反応管上方よ
り放射温度計により測定した。
After the plasma was turned on, the microwave input power was adjusted so that the substrate temperature was 880°C. The microwave input power at this time was 380W. The substrate temperature was measured from above the reaction tube using a radiation thermometer.

以上の条件で2時間合成を行なったところ、結晶学的方
位の揃った粒状の物質が析出した。電子回折及びラマン
分光法によりこの粒状の物質がダイヤモンドであること
を確認した。同様の条件で更に10時間合成を行なった
ところ、隣接し合った粒状のダイヤモンドが接合してダ
イヤモンド単結晶膜を得た。
When synthesis was carried out for 2 hours under the above conditions, a granular material with uniform crystallographic orientation was precipitated. Electron diffraction and Raman spectroscopy confirmed that this granular material was diamond. When the synthesis was carried out for another 10 hours under the same conditions, adjacent diamond grains were joined together to obtain a diamond single crystal film.

夫1舛I 純度99.99%、大きさ5mmφX1..Ommt、
方位(111)面のニッケル単結晶基板を用い、実施例
1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、同じ条
件で2時間合成を行なったところ、結晶学的方位の揃っ
た粒状の物質が析出した。
Husband 1, purity 99.99%, size 5mmφX1. .. Ommt,
When synthesis was performed for 2 hours under the same conditions using the microwave plasma CVD method shown in Example 1 using a nickel single crystal substrate with a (111) orientation, a granular material with uniform crystallographic orientation was precipitated. .

X線回折及びラマン分光法によりこの粒状の物質がダイ
ヤモンドであることを確認した。同様の条件で更に10
時間合成を行なったところ、隣接し合った粒状のダイヤ
モンドが接合してダイヤモンド単結晶膜を得た。
This granular material was confirmed to be diamond by X-ray diffraction and Raman spectroscopy. 10 more under similar conditions
When time-synthesis was performed, adjacent granular diamonds joined together to form a diamond single crystal film.

失1乳y 純度99.99%、大きさ5IIIIIlφX1.Om
mt、方位(100)面のコバルト単結晶基板を用い、
実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、
水素−メタン混合ガスを用い、基板温度900℃、メタ
ンガス濃度Q 、 5%、管内圧力4− OT 。
Lost 1 milky purity 99.99%, size 5III1φX1. Om
mt, using a cobalt single crystal substrate with (100) orientation,
By the microwave plasma CVD method shown in Example 1,
Using a hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature was 900°C, the methane gas concentration Q was 5%, and the tube pressure was 4-OT.

rr、全ガス流量] 00 +n Q、 / ml−n
の条件下で12時間合成を行なったところ、コバルト単
結晶基板−ににダイヤモン1〜(11結品膜を得た。
rr, total gas flow rate] 00 +n Q, / ml-n
When synthesis was carried out for 12 hours under the following conditions, diamond 1 to (11) crystalline films were obtained on a cobalt single crystal substrate.

実施例−1− 純度99.99%、大きさ5mmφX ]、 、 Om
mt、方位(1,00)面のニッケル単結晶基板を用い
、実施例1に示したマイクロ波プラズマCV D 法に
より、水素−−−酸化炭素混合ガスを用い、基板温度9
00°C1−酸化炭素ガス濃度2.0%、管内圧力4−
 OT orr、全ガス流量100m+Q/1Ilin
の条件下で7時間合成を行なったところ、ニッケル単結
晶基板」−にダイヤモンド単結晶膜を得た。
Example-1- Purity 99.99%, size 5mmφX ], , Om
mt, using a nickel single crystal substrate with a (1,00) orientation, by the microwave plasma CVD method shown in Example 1, using a hydrogen-carbon oxide mixed gas, and at a substrate temperature of 9.
00°C1-carbon oxide gas concentration 2.0%, pipe pressure 4-
OT orr, total gas flow rate 100m+Q/1Ilin
When synthesis was carried out for 7 hours under the following conditions, a diamond single crystal film was obtained on a nickel single crystal substrate.

失搦−例−1 純度99.99%、大きさ5m1IIφX J 、 O
vIll、方位(1,00)面のニッケル単結晶基板を
用い、実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法に
より、水素−メタン−水蒸気混合ガスに用い、基板温度
880℃、メタンガス濃度1.8%、水蒸気濃度0.5
%、管内圧力40Torr、全ガス流量100+nρ/
minの条件下で7時間合成を行なったところ、ニッケ
ル単結晶基板上にダイヤモンド単結晶膜を得た。
Loss - Example 1 Purity 99.99%, size 5m1IIφX J, O
vIll, using a nickel single crystal substrate with a (1,00) orientation, by the microwave plasma CVD method shown in Example 1, using a hydrogen-methane-steam mixed gas, with a substrate temperature of 880°C and a methane gas concentration of 1.8. %, water vapor concentration 0.5
%, pipe pressure 40 Torr, total gas flow rate 100+nρ/
When synthesis was carried out for 7 hours under conditions of min., a diamond single crystal film was obtained on a nickel single crystal substrate.

夫庭桝旦 純度99.99%、大きさ5m1llφX 1 、 O
+nmt、方位(]、 OO)面のニッケル65−コバ
ルト20銅15合金(atm比)単結晶基板を用い、実
施例」に示したマイクロ波プラズマcvD法により、水
素−メタン−混合ガスを用い、基板温度860℃、メタ
ンガス濃度0.5%、管内圧力4.0 ’rorr、全
ガス流量100mQ/minの条件下で12時間合成を
行なったところ、合金単結晶基板上にダイヤモンド単結
晶膜を得た。
Fuba Mastan purity 99.99%, size 5ml 11φX 1, O
Using a nickel-65-cobalt-20-copper-15 alloy (ATM ratio) single-crystal substrate with +nmt, orientation (], OO) plane, hydrogen-methane-mixed gas was used by the microwave plasma CVD method shown in "Example". When synthesis was carried out for 12 hours under the conditions of a substrate temperature of 860°C, a methane gas concentration of 0.5%, a tube pressure of 4.0'rorr, and a total gas flow rate of 100 mQ/min, a diamond single crystal film was obtained on an alloy single crystal substrate. Ta.

夫奮粁J 内径40mmφの石英ガラス製反応管内の基板支持皿上
に純度99.99%、大きさ5mmφ×1.On++n
t、方位(1,00)面のニッケル単結晶基板を設置し
た。ロータリーポンプと油拡散ポンプにより反応管中を
10−”Torrまで排気した後、メタンガス0.5v
oQ%を含む水素−メタン混合ガスを反応管」1方より
流しながら、電気炉によって基板を加熱した。更に、基
板」一方]、 Ommに設置したタングステンフィラメ
ン]へに通電、2100″Cに加熱した。
5mmφ x 1.5mm purity 99.99% on a substrate support dish in a quartz glass reaction tube with an inner diameter of 40mmφ. On++n
A nickel single crystal substrate with a (1,00) orientation was installed. After evacuating the reaction tube to 10-” Torr using a rotary pump and an oil diffusion pump, methane gas was released at 0.5 V.
The substrate was heated in an electric furnace while flowing a hydrogen-methane mixed gas containing oQ% from one side of the reaction tube. Furthermore, electricity was applied to the substrate "on the other hand" and the tungsten filament installed at 0 mm, and heated to 2100"C.

基板温度880℃、管内圧力50Torr、全ガス流量
] 00mff /minの条件下で12時間合成を行
なったところ、ニッケル単結晶基板−トにダイヤモノ1
〜単結晶膜を得た。
When synthesis was carried out for 12 hours under the conditions of a substrate temperature of 880°C, a tube pressure of 50 Torr, and a total gas flow rate of 00 mff/min, diamond 1 was deposited on a nickel single crystal substrate.
~A single crystal film was obtained.

去−度(社)旦 純度99.99%、大きさ5mll1φX1.、Omm
t、方位(1,00)面のコバルト単結晶基板を用い、
実施例7に示した熱フイラメントCVD法により、水素
−エチルアルコール混合ガスを用い、基板温度000℃
、エチルアルコール濃度1.0%、管内圧力50 To
rr、全ガス流量100IIIQ /minの条件下で
10時間合成を行なったところ、コバルト単結晶基板」
二にダイヤモンド単結晶膜を得た。
99.99% purity, size 5ml 1φX1. , Omm
t, using a cobalt single crystal substrate with a (1,00) orientation,
By the hot filament CVD method shown in Example 7, using hydrogen-ethyl alcohol mixed gas, the substrate temperature was 000°C.
, ethyl alcohol concentration 1.0%, pipe pressure 50 To
When the synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of a total gas flow rate of 100IIIQ/min, a cobalt single crystal substrate was obtained.
Second, a diamond single crystal film was obtained.

太差膚立 純度99.99%、大きさ5mmφXi、5mmt、方
位(111)面のニッケル50−コバルト50合金(a
tm比)単結晶基板を用い、実施例7に示した熱フイラ
メントCVD法で皿に基板に+80vのバイアス電圧を
印加した。水素−メタン−混合ガスを用い、基板温度8
50°C、メタンガス濃度0゜5%、管内圧力50 T
orr、全ガス流量100mQ/winの条件下で8時
間合成を行なったところ、合金単結晶基板上にダイヤモ
ンド単結晶膜を得た。
Nickel 50-Cobalt 50 alloy (a
tm ratio) Using a single crystal substrate, a bias voltage of +80 V was applied to the substrate in a dish by the hot filament CVD method shown in Example 7. Using hydrogen-methane mixed gas, substrate temperature 8
50°C, methane gas concentration 0°5%, pipe pressure 50 T
Synthesis was carried out for 8 hours under conditions of a total gas flow rate of 100 mQ/win, and a diamond single crystal film was obtained on the alloy single crystal substrate.

尖嵐孤上度 内径4−5mmφの石英ガラス管を用いたl−−チ内に
、プラズマ発生ガスとしてアルゴン50+水素10A/
mjnをトーチ上部から流し、原料ガスとしてメタン0
.3Q/minをプラズマ発生ガスを添加した。反応管
の周囲に高周波誘導コイルを設置し、4. M Hzの
高周波を印加してアークプラズマを発生させた。プラズ
マ先端部に水冷した基板支持台を設置し、その上に純度
99.99%、大きさ5mmφX1.Ommt、方位(
1,00)面のニッケル50−コバルト50合金(at
m比)単結晶基板を置いた。
Argon 50 + Hydrogen 10 A /
mjn is flowed from the top of the torch, and methane 0 is used as the raw material gas.
.. Plasma generating gas was added at 3Q/min. 4. Install a high frequency induction coil around the reaction tube. Arc plasma was generated by applying a high frequency of MHz. A water-cooled substrate support is installed at the plasma tip, and a substrate with a purity of 99.99% and a size of 5 mmφX1. Ommt, direction (
nickel 50-cobalt 50 alloy (at
m ratio) A single crystal substrate was placed.

投入電力を40kw、ガス圧力を大気圧とし、基板支持
台の冷却により基板温度を調整し880 ’Cとした。
The input power was 40 kW, the gas pressure was atmospheric pressure, and the substrate temperature was adjusted to 880'C by cooling the substrate support.

以−にの条件下で15分間合成を行なったところ、ニッ
ケルζ)を結晶基板−Iユにダイヤモンド単結晶膜を得
た。
When synthesis was carried out for 15 minutes under the conditions described above, a diamond single crystal film was obtained on a nickel ζ crystal substrate-I.

大塵例月−V 実施例10に示した高周波アークプラズマCvD法によ
り同し条件下で基板として純度99.99%、大きさ5
mmφX1.Ommt、方位(1−00)面のコバ用1
〜単結晶基板を用いて15分間合成を行なったところ、
コバルト単結晶基板上にダイヤモンド単結晶膜を得た。
Large Dust Reigetsu-V Using the high-frequency arc plasma CvD method shown in Example 10, the substrate was made into a substrate under the same conditions with a purity of 99.99% and a size of 5.
mmφX1. Ommt, 1 for edge of direction (1-00) plane
~ After 15 minutes of synthesis using a single crystal substrate,
A diamond single crystal film was obtained on a cobalt single crystal substrate.

勘1ii112− 溶断用ガスバーナーにアセチレンガスと酸素ガスをそれ
ぞれ1 、5 Q /minづつ流し燃焼炎の長さが約
30mm&なるようにした。この内炎中に水冷した基板
支持を置き、これに純度99.99%、大きさ5mmφ
X1.Omrat、方位(1−00)面のニッケル単結
晶基板を固定した。基板はバーナー先端から5mmの位
置に設置した。
Intuition 1ii112- Acetylene gas and oxygen gas were flowed into the melt-cutting gas burner at a rate of 1 and 5 Q/min, respectively, so that the length of the combustion flame was approximately 30 mm. A water-cooled substrate support is placed in this inner flame, and this has a purity of 99.99% and a size of 5 mmφ.
X1. A nickel single crystal substrate with a (1-00) orientation was fixed. The substrate was placed 5 mm from the tip of the burner.

冷却により基板温度を880°Cとして大気中で200
分間合成行なったところ、ニッケル(1を結晶基板上に
ダイヤモンド単結晶膜を得た。
The temperature of the substrate was 880°C by cooling, and the temperature was 200°C in the air.
When synthesis was carried out for minutes, a diamond single crystal film was obtained on a nickel (1) crystal substrate.

尖庭何上A 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ1 OmmX 1 OmmX 0.5mmの
ニッケル50−鉄50合金(atm比)基板を用い、実
施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、水
素−メタン混合ガスを用い、基板温度880’C、メタ
ンガス濃度0.5%、管内圧力40T orr、全ガス
流量100m1ll /minの条件下で10時間合成
を行なったところ、基板各結晶子上にダイヤモンド単結
晶膜を得た。
A nickel 50-iron 50 alloy (ATM ratio) substrate with a size of 1 Omm x 1 Omm x 0.5 mm that was heat-treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes was used as shown in Example 1. Synthesis was performed for 10 hours using a hydrogen-methane mixed gas using a microwave plasma CVD method under the conditions of a substrate temperature of 880'C, a methane gas concentration of 0.5%, a tube pressure of 40 Torr, and a total gas flow rate of 100 ml/min. However, a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

失脆−幹土庄 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ1 OmmX 1. OmmX 0.5mm
のニッケル50−銅50合金(fltlll比)基板を
用い、実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法に
より、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃
、メタンガス濃度0.5%、管内圧力40T orr、
全ガス流量100mQ/mjnの条件下で10時間合成
を行なったところ、基板各結晶子」−にダイヤモンド単
結晶膜を得た。
Loss of embrittlement - Heat treated in a Mikitosho hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes. Size: 1 OmmX 1. OmmX 0.5mm
Using a nickel 50-copper 50 alloy (fltlll ratio) substrate of
, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40T orr,
When the synthesis was carried out for 10 hours under the condition of a total gas flow rate of 100 mQ/mjn, a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

夫に艦上−テ 水素炉中で温度900℃、圧力]気圧で30分間熱処理
した大きさ1. OmmX ]、 OmmX 0.5m
mのニッケル88−クロム12合金(atm比)基板を
用い、実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法に
より、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃
、メタンガス濃度0.5%、管内圧力4、0 T or
r、全ガス流量100mQ、/mjnの条件下で10時
間合成を行なったところ、基板各結晶子」二にダイヤモ
ンド単結晶膜を得た。
Heat treated for 30 minutes at 900℃ and atmospheric pressure in a hydrogen furnace on board the ship. OmmX ], OmmX 0.5m
Using a nickel 88-chromium 12 alloy (ATM ratio) substrate of m, the substrate temperature was 880°C using a hydrogen-methane mixed gas by the microwave plasma CVD method shown in Example 1.
, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 4,0 Tor or
Synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of r, total gas flow rate of 100 mQ, /mjn, and a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

実、施−例1−6 水素炉中で温度900″C1圧力1気圧で30分間熱処
理した大きさ1 OmmX I OmmX 0.5mm
のニッケル90−マンガン10合金(a+訓比)基板を
用い、実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法に
より、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃
、メタンガス濃度0.5%、管内圧力40Torr、全
ガス流量1. OO+nfL/mjnの条件下で10時
間合成を行なったところ、基板各結晶子上にダイヤモン
ド単結晶膜を得た。
Example 1-6 Heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900'' C1 pressure of 1 atm for 30 minutes Size 1 OmmX I OmmX 0.5mm
Using a nickel 90-manganese 10 alloy (a+monocarbon) substrate of
, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40 Torr, total gas flow rate 1. When synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of OO+nfL/mjn, a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

大通あユニ 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ1 OmmX 1 OmmX 0.5mmの
ニッケル9〇−白金10合金(atm比)基板を用い、
実施例1に示したマイクロ波プラズマCV D法により
、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メ
タンガス濃度0.5%、管内圧力40T orr、全ガ
ス流量100mQ/minの条件下で10時間合成を行
なったところ、基板各結晶子玉にダイヤモンド単結晶膜
を得た。
Using a nickel 90-platinum 10 alloy (ATM ratio) substrate with a size of 1 Omm x 1 Omm x 0.5 mm that was heat-treated for 30 minutes at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atmosphere in an Odori Uni-hydrogen furnace,
By the microwave plasma CVD method shown in Example 1, using a hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature was 880°C, the methane gas concentration was 0.5%, the tube pressure was 40 T orr, and the total gas flow rate was 100 mQ/min. When time synthesis was performed, a diamond single crystal film was obtained on each crystal ball of the substrate.

夾庭貫上旦 水素炉中で温度900″C1圧力1気圧で30分間熱処
理した大きさ]、0mmX10mmX0.5mmのニッ
ケル90−パラジウム10合金(atm比)基板を用い
、実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により
、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メ
タンガス濃度0.5%、管内圧力/JOTorr、全カ
ス流t 100mQ/minの条件下で10時間合成を
行なったところ、基板各結晶子−Lにダイヤモンド単結
晶膜を得た。
A nickel 90-palladium 10 alloy (ATM ratio) substrate of 0 mm x 10 mm x 0.5 mm was heat-treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900 cm and a pressure of 1 atm for 30 minutes. Synthesis was carried out using a hydrogen-methane mixed gas by wave plasma CVD method for 10 hours under the conditions of a substrate temperature of 880°C, methane gas concentration of 0.5%, tube pressure/JOTorr, and total waste flow t of 100 mQ/min. A diamond single crystal film was obtained on each crystallite-L of the substrate.

込U飯−例−↓−仄− 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ10mmX]−0mmX0.5mmのニッケ
ル93−金7合金(atm比)基板を用い、実施例1に
示したマイクロ波プラズマCV D法により、水素−メ
タン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタンガス濃
度0.5%、管内圧力401”、orr、全ガス流量1
00mQ /minの条件下で10時間合成を行なった
ところ、基板各結晶子」二にダイヤモンド単結晶膜を得
た。
Included U rice - Example - ↓ - 廄 - Conducted using a nickel 93-gold 7 alloy (ATM ratio) substrate of size 10 mm By the microwave plasma CVD method shown in Example 1, a hydrogen-methane mixed gas was used, the substrate temperature was 880°C, the methane gas concentration was 0.5%, the tube pressure was 401'', orr, and the total gas flow rate was 1.
When synthesis was carried out for 10 hours under the condition of 00 mQ/min, a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

害」(例−?−p 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさJ、 OmmX 1 OmmX 0.5nu
nのニッケル93−銀7合金(atm比)基板を用い、
実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、
水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタ
ンガス濃度0.5%、管内圧力40T orr、全ガス
流量100mQ/mjnの条件下で10時間合成を行な
ったところ、基板各結晶子」−にダイヤモンド単結晶膜
を得た。
(Example -?-p Heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes. Size J, Omm
Using a nickel 93-silver 7 alloy (ATM ratio) substrate of n,
By the microwave plasma CVD method shown in Example 1,
When synthesis was carried out for 10 hours using a hydrogen-methane mixed gas under the conditions of a substrate temperature of 880°C, a methane gas concentration of 0.5%, a tube pressure of 40 Torr, and a total gas flow rate of 100 mQ/mjn, each crystallite on the substrate A diamond single crystal film was obtained.

実施例21 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ10mmX 1 OmmX 0.5mmのコ
バルト60−鉄40合金(atm比)基板を用い、実施
例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、水素
−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタンガ
ス濃度0.5%、管内圧力40T orr、全ガス流量
100mQ/ll1inの条件下で10時間合成を行な
ったところ、基板各結晶子」二にダイヤモンド単結晶膜
を得た。
Example 21 A cobalt 60-iron 40 alloy (ATM ratio) substrate with a size of 10 mm x 1 Omm x 0.5 mm that was heat-treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes was used to conduct the microwave treatment shown in Example 1. Synthesis was carried out for 10 hours using a hydrogen-methane mixed gas using a plasma CVD method under the conditions of a substrate temperature of 880°C, a methane gas concentration of 0.5%, a tube pressure of 40 Torr, and a total gas flow rate of 100 mQ/ll1in. A diamond single crystal film was obtained on the second crystallite.

実施例2文 水素炉中で温度900°C1圧力」。気圧で30分間熱
処理した大きさ1 OmmX 1 OmmX 0.5m
mのコバルト60−銅40合金(atm比)基板を用い
、実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により
、水素−メタン混合カスを用い、基板温度880℃、メ
タンガス濃度0.5%、管内圧力40Torr、全ガス
流3110 Q mQ、/ mj、nの条件下で10時
間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモン
ド単結晶膜を得た。
Example 2 In a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and 1 pressure. Heat treated at atmospheric pressure for 30 minutes Size: 1 Omm x 1 Omm x 0.5m
Using a cobalt 60-copper 40 alloy (ATM ratio) substrate of m, the microwave plasma CVD method shown in Example 1 was performed using a hydrogen-methane mixed residue, the substrate temperature was 880°C, the methane gas concentration was 0.5%, and the inside of the tube was heated. Synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of a pressure of 40 Torr and a total gas flow of 3110 Q mQ, / mj, n, and a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

メ■に一例−2−W 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ]、 OmmX 1− QmmX 0.5m
mのコバルト85−クロム15合金(atm比)基板を
用い、実施例1に示したマイクロ波プラズマCV D法
により、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880
℃、メタンガス濃度0.5%、管内圧力4.0Torr
、全ガス流量100mQ/minの条件下で10時間合
成を行なったところ、基板各結晶子−Lにダイヤモンド
単結晶膜を得た。
Example 2-W Heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes], OmmX 1-QmmX 0.5m
Using a cobalt 85-chromium 15 alloy (ATM ratio) substrate of m, the microwave plasma CVD method shown in Example 1 was performed using a hydrogen-methane mixed gas, and the substrate temperature was 880.
°C, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 4.0 Torr
When the synthesis was carried out for 10 hours under the condition of a total gas flow rate of 100 mQ/min, a diamond single crystal film was obtained on each crystallite-L of the substrate.

宍遣朋−λ−4 水素炉中で温度900°C1圧力1気圧で30分間熱処
理した大きさ]、OmmXlommXo、5mmのコバ
ルト90−マンガン10合金(at、m比)基板を用い
、実施例]に示したマイクロ波プラズマCVD法により
、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メ
タンガス濃度0.5%、管内圧力40 Torr、全ガ
ス流量100n+Q/mjnの条件下で10時間合成を
行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモンド単結晶
膜を得た。
Shishikireho-λ-4 Heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes], OmmXlommXo, 5mm cobalt 90-manganese 10 alloy (at, m ratio) substrate, Example] Synthesis was carried out for 10 hours using a hydrogen-methane mixed gas using the microwave plasma CVD method shown in , under the conditions of a substrate temperature of 880°C, a methane gas concentration of 0.5%, an internal pressure of 40 Torr, and a total gas flow rate of 100n+Q/mjn. As a result, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

夫に舛え互 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ10mm10mmX10.5mmのコバルト
92−白金8合金(atm比)基板を用い、実施例1に
示したマイクロ波プラズマCVI’)法により、水素−
メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタンガス
濃度0.5%、管内圧力40T orr、全ガス流量1
00mQ /mjnの条件下で10時間合成を行なった
ところ、基板冬枯晶子上にダイヤモンド単結晶膜を得た
A cobalt 92-platinum 8 alloy (ATM ratio) substrate with a size of 10 mm x 10 mm x 10.5 mm that was heat-treated in an alternating hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1 atm for 30 minutes was used, and the microwave plasma shown in Example 1 was used. Hydrogen-
Using methane mixed gas, substrate temperature 880°C, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40T orr, total gas flow rate 1
When the synthesis was carried out for 10 hours under the condition of 00 mQ /mjn, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

失絡纒又旦 水素炉中で温度900 ’C1圧力1気圧で30分間熱
処理した大きさ]、OmmX 10mmX0.5mmの
コバルト92−パラソウ48合金(atm比)基板を用
い、実施例1に示したマイクロ波プラズマCvD法によ
り、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、
メタンガス濃度0.5%、管内圧力40Torr、全ガ
ス流量100m(1/mjnの条件下で10時間合成を
行なったところ、基板各結晶子」−にダイヤモンド単結
晶膜を得た。
A Cobalt 92-Parasol 48 alloy (ATM ratio) substrate with dimensions Omm x 10mm x 0.5mm was heat treated in a hydrogen furnace for 30 minutes at a temperature of 900'C and a pressure of 1 atm, as shown in Example 1. By microwave plasma CvD method, using hydrogen-methane mixed gas, substrate temperature is 880℃,
Synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of methane gas concentration of 0.5%, tube internal pressure of 40 Torr, and total gas flow rate of 100 m (1/mjn), and a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

矢1−λユ 水素炉中で温度900℃、圧力」気圧で30分間熱処理
した大きさ]、OmmXlommXo、5mmのコバル
ト95−金5合金(atm比)基板を用い、実施例1に
示したマイクロ波プラズマCVD法により、水素−メタ
ン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタンガス濃度
0.5%、管内圧力40T orr、全ガス流量100
mQ/mjnの条件下で10時間合成を行なったところ
、基板冬枯晶子上にダイヤモンド単結晶膜を得た。
Heat treated in a hydrogen furnace for 30 minutes at a temperature of 900°C and a pressure of 5 mm, using a cobalt 95-gold 5 alloy (ATM ratio) substrate with a size of OmmXlommXo and 5 mm, the micro Using the wave plasma CVD method, a hydrogen-methane mixed gas was used, the substrate temperature was 880°C, the methane gas concentration was 0.5%, the tube pressure was 40 Torr, and the total gas flow rate was 100.
When synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of mQ/mjn, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

実Ji涜1人 水素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理
した大きさ]、 OmmX I OmmX 0.5mm
のコバ用1〜95−銀5合金(atm比)基板を用い、
実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、
水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタ
ンガス濃度0.5%、管内圧力40T orr、全ガス
流量100m11!/minの条件下で10時間合成を
行なったところ、基板冬枯晶子」二にダイヤモンド単結
晶膜を得た。
Heat treated in a hydrogen furnace for 30 minutes at a temperature of 900℃ and a pressure of 1 atm], OmmX I OmmX 0.5mm
Using a 1-95-silver 5 alloy (ATM ratio) substrate for the edge of
By the microwave plasma CVD method shown in Example 1,
Using hydrogen-methane mixed gas, substrate temperature 880°C, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40T orr, total gas flow rate 100m11! When the synthesis was carried out for 10 hours under the condition of /min, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

1ii□11;す□□;≧シ■ 1 atm%のチタンを添加した大きさ〕OmmX]0
mmX0.5mmのニッケルを水素炉中で温度900℃
、圧力j気圧で30分間熱処理した。これを基板として
実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、
水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタ
ンガス濃度0.5%、管内圧力40 T orr、全ガ
ス流量100mQ/minの条件下で10時間合成を行
なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモンド単結晶膜
を得た。
1ii□11;su□□;≧shi■ 1 Size with atm% of titanium added]OmmX]0
Nickel of mm x 0.5 mm was heated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C.
, and a pressure of j atmospheres for 30 minutes. By the microwave plasma CVD method shown in Example 1 using this as a substrate,
Synthesis was carried out for 10 hours using a hydrogen-methane mixed gas under the conditions of a substrate temperature of 880°C, a methane gas concentration of 0.5%, an internal pressure of 40 Torr, and a total gas flow rate of 100 mQ/min. A diamond single crystal film was obtained.

大差l」訴 1atm%のモリブデンを添加した大きさ10nvX 
1 OmmX 0.5mmのニッケルを水素炉中で温度
900℃、圧力1気圧で30分間熱処理した。これを基
板として実施例1に示したマイクロ波プラダマCVD法
により、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880
℃、メタンガス濃度0.5%、管内圧力4. Q T 
orr、全ガス流量100mQ/minの条件下で10
時間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモ
ンド単結晶膜を得た。
Size 10nvX with 1atm% molybdenum added
1 Omm x 0.5 mm of nickel was heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900° C. and a pressure of 1 atmosphere for 30 minutes. Using this as a substrate, the microwave plasma CVD method shown in Example 1 was carried out using hydrogen-methane mixed gas, and the substrate temperature was 880.
℃, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 4. QT
orr, 10 under the condition of total gas flow rate 100 mQ/min
When time synthesis was performed, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

矢−流側、pj。Arrow stream side, pj.

1、atm%のタンタルを添加した大きさ10Illl
I+×] OmmX 0.5mmのニッケルを水素炉中
で温度900℃、圧力]気圧で30分間熱処理した。こ
れを基板として実施例1に示したマイクロ波プラズマC
V D 7Aにより、水素−メタン混合ガスを用い、基
板温度880℃、メタンガス濃度0.5%、管内圧力4
0Torr、全ガス流量100mQ/mjnの条件下で
10時間合成を行なったところ、基板各結晶子」二にダ
イヤモンド単結晶膜を得た。
1. Size 10Illll with atm% tantalum added
I+x] OmmX 0.5 mm of nickel was heat-treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900° C. and a pressure of ]atmosphere for 30 minutes. Microwave plasma C shown in Example 1 using this as a substrate
V D 7A, using hydrogen-methane mixed gas, substrate temperature 880°C, methane gas concentration 0.5%, tube pressure 4
Synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of 0 Torr and a total gas flow rate of 100 mQ/mjn, and a diamond single crystal film was obtained on each crystallite of the substrate.

夫I−影λ ] atm%のタングステンを添加した大きさ10nv
+X 1. OmmX 0 、5 mmのニッケルを水
素炉中で温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理し
た。
Husband I - Shadow λ] Size 10nv with atm% tungsten added
+X 1. OmmX 0 , 5 mm of nickel was heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900° C. and a pressure of 1 atmosphere for 30 minutes.

これを基板として実施例1に示したマイクロ波プラズマ
CVD法により、水素−メタン混合ガスを用い、基板温
度880℃、メタンガス濃度0.5%、管内圧力40T
orr、全ガス流量100m1+、/minの条件下で
10時間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイ
ヤモンド単結晶膜を得た。
Using this as a substrate, the microwave plasma CVD method shown in Example 1 was performed using a hydrogen-methane mixed gas at a substrate temperature of 880°C, a methane gas concentration of 0.5%, and a tube pressure of 40T.
Synthesis was carried out for 10 hours under conditions of a total gas flow rate of 100 m1+/min, and a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

失兼[屯 15tIN%のけい素を添加した大きさ10n+lll
X10mmX0.5mmのニッケルを水素炉中で温度9
00℃、圧力1気圧で30分間熱処理した。これを基板
として実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法に
より、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880°
C、メタンガス濃度0.5%、管内圧力40Torr、
全ガス流量1001IIQ/ll1jnの条件下で10
時間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモ
ンド単結晶膜を得た。
[Size 10n+llll with 15tIN% silicon added
Nickel measuring 10 mm x 0.5 mm was heated in a hydrogen furnace at a temperature of 9
Heat treatment was performed at 00° C. and 1 atm pressure for 30 minutes. This was used as a substrate by the microwave plasma CVD method shown in Example 1, using hydrogen-methane mixed gas, and at a substrate temperature of 880°.
C, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40 Torr,
10 under the condition of total gas flow rate 1001IIQ/ll1jn
When time synthesis was performed, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

失意析す± 1 stm%のほう素を添加した大きさ10mmX]0
mmX0.5mmのニッケルを水素炉中で温度900℃
、圧力1気圧で30分間熱処理した。これを基板として
実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法により、
水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタ
ンガス濃度0.5%、管内圧力4. Q Torr、全
ガス流M ] OOmn / minの条件下で10時
間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモン
1〜()1結品膜を得た。
Disappointed ± 1stm% of boron added size 10mm x] 0
Nickel of mm x 0.5 mm was heated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C.
, and heat treated at a pressure of 1 atm for 30 minutes. By the microwave plasma CVD method shown in Example 1 using this as a substrate,
Using a hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature was 880°C, the methane gas concentration was 0.5%, and the tube pressure was 4. When the synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of Q Torr, total gas flow M]OOmn/min, a diamond 1 to () 1 crystalline film was obtained on the substrate winter crystals.

実願低−4−景− 」al;m%のチタンを添加した大きさ1.0mmX1
0mmX0.5nvのコバルトを水素炉中で温度900
°C1圧力」気圧で30分間熱処理した。これを基板と
して実施例1に示したマイクロ波プラズマCVD法によ
り、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、
メタンガス濃度Q、5%、管内圧力40Torr、全ガ
ス流量100 mQ /mjnの条件下で10時間合成
を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモンド11
.結晶膜を得た。
Practical application low-4-view-''al;m% titanium added size 1.0mmX1
Cobalt of 0 mm x 0.5 nv was heated to a temperature of 900 in a hydrogen furnace.
Heat treatment was carried out for 30 minutes at 1°C and 1"atm. Using this as a substrate, the microwave plasma CVD method shown in Example 1 was performed using a hydrogen-methane mixed gas at a substrate temperature of 880°C.
When synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of methane gas concentration Q of 5%, tube pressure of 40 Torr, and total gas flow rate of 100 mQ/mjn, diamond 11 was formed on the substrate winter crystallites.
.. A crystal film was obtained.

実−循iiす旦 1 atm%のモリブデンを添加した大きさ10mmX
 10mmX 0.5mmのコバル1〜を水素炉中で温
度900℃、圧力J気圧で30分間熱処理した。これを
基板として実施例Jに示したマイクロ波プラズマCVD
法により、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度88
0°C、メタンガス濃度0.5%、管内圧力40Tor
r、全ガス流量100mF、 /mjnの条件下で10
時間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモ
ンド単結晶膜を得た。
Fruit circulation ii Sutan 1 Size 10mmX with atm% molybdenum added
Kobal 1~ of 10 mm x 0.5 mm was heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of J atm for 30 minutes. Using this as a substrate, microwave plasma CVD was performed as shown in Example J.
By the method, using hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature was 88℃.
0°C, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40 Tor
r, total gas flow rate 100mF, 10 under the conditions of /mjn
When time synthesis was performed, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

夫胤鮭附J 1 atm%のタンタルを添加した大きさ]、 Omm
 Xl 0mmX 0.5mmのコバルトを水素炉中で
温度900℃、圧力1気圧で30分間熱処理した。これ
を基板として実施例1に示したマイクロ波プラズマCV
D法により、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度8
80℃、メタンガス濃度0.5%、管内圧力40Tor
r、全ガス流量100mm /lll1nの条件下で1
−〇時間合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイ
ヤモンド単結晶膜を得た。
Size with added tantalum of 1 atm%], Omm
Cobalt of Xl 0 mm x 0.5 mm was heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900° C. and a pressure of 1 atmosphere for 30 minutes. Microwave plasma CV shown in Example 1 using this as a substrate
By method D, using hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature is 8.
80℃, methane gas concentration 0.5%, pipe pressure 40 Torr
r, 1 under the condition of total gas flow rate 100mm/lll1n
When the synthesis was carried out for -0 hours, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

夫庭舛y旦 1 stm%のタングステンを添加した大きさ10mm
X 10mmX 0.5mmのコバル1〜を水素炉中で
温度900 ’C1圧力1気圧で30分間熱処理した。
Size 10mm with added stm% tungsten
A Kobal 1 ~ x 10 mm x 0.5 mm was heat treated in a hydrogen furnace at a temperature of 900'C1 pressure of 1 atm for 30 minutes.

これを基板として実施例1に示したマイクロ波プラズマ
CVD法により、水素−メタン混合ガスを用い、基板温
度880 ’C、メタンガス濃度0.5%、管内圧力4
0Torr、全ガス流f!: ]−00m Q、 /m
inの条件下で10時間合成を行なったところ、基板各
結晶子−Lにダイヤモン1く単結晶膜を得た。
Using this as a substrate, the microwave plasma CVD method shown in Example 1 was carried out using a hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature was 880'C, the methane gas concentration was 0.5%, and the tube pressure was 4.
0 Torr, total gas flow f! : ]-00m Q, /m
When the synthesis was carried out for 10 hours under the condition of 100 nm, a single crystal film of 1 diamond was obtained on each crystallite-L of the substrate.

夾庭桝−影l1 一1at%のけい素を添加した大きさ10mmX]0m
mX0.5mmのコバル1−を水素炉中で温度900℃
、圧力1気圧で30分間熱処理した。これを基板として
実施例1に示したマイクロ波プラズマCV D法により
、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メ
タンガス濃度0.5%、管内圧力40Torr、全ガス
流量」OOm 1+、 / minの条件下で10時間
合成を行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤ七ンI
〜単結晶膜を得た。
Kyoto Masu - Shadow 1 - Size 10 mm x 0 m with 1 at% silicon added
m x 0.5 mm of Kobal 1- in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C.
, and heat treated at a pressure of 1 atm for 30 minutes. This was used as a substrate by the microwave plasma CVD method shown in Example 1, using a hydrogen-methane mixed gas, substrate temperature 880°C, methane gas concentration 0.5%, tube pressure 40 Torr, total gas flow rate "OOm 1+, / When the synthesis was carried out for 10 hours under conditions of min.
~A single crystal film was obtained.

失施刹1立 1 atm%のほう素を添加した大きさ10mm10m
mX10.5mmのコバルトを水素炉中で温度900’
C1圧力1気圧で30分間熱処理した。これを基板とし
て実施例]に示したマイクロ波プラズマCVD法により
、水素−メタン混合ガスを用い、基板温度880℃、メ
タンガス濃度0.5%、管内圧力4.QTorr、全ガ
ス流量100mm /minの条件下で10時間合成を
行なったところ、基板冬枯晶子上にダイヤモン1(単結
晶膜を得た。
Size: 10 mm x 10 m with 1 atm% of boron added
m x 10.5 mm of cobalt in a hydrogen furnace at a temperature of 900'
Heat treatment was performed at a C1 pressure of 1 atm for 30 minutes. Using this as a substrate, the microwave plasma CVD method shown in Example] was performed using a hydrogen-methane mixed gas at a substrate temperature of 880°C, a methane gas concentration of 0.5%, and a tube pressure of 4. Synthesis was carried out for 10 hours under the conditions of QTorr and a total gas flow rate of 100 mm 2 /min, and a diamond 1 (single crystal film) was obtained on the substrate.

失漉卆けり= 1、atm%のチタンを添加した大きさ10mm10m
mX10.5mmのニッケル40−コバルト40銅20
合金(atm)比を水素炉中で温度900°C1圧力1
気圧で30分間熱処理した。これを基板として実施例1
に示したマイクロ波プラズマCVD法により、水素−メ
タン混合ガスを用い、基板温度880℃、メタンガス濃
度0.5%、管内圧力40Torr、全ガス流量100
mm /minの条件下で10時間合成を行なったとこ
ろ、基板冬枯晶子上にダイヤモンド単結晶膜を得た。
Lost volume = 1, size 10mm 10m with atm% titanium added
mX10.5mm nickel 40-cobalt 40 copper 20
Alloy (ATM) ratio in a hydrogen furnace at a temperature of 900°C and a pressure of 1
Heat treatment was performed at atmospheric pressure for 30 minutes. Example 1 using this as a substrate
Using the microwave plasma CVD method shown in Figure 1, using a hydrogen-methane mixed gas, the substrate temperature was 880°C, the methane gas concentration was 0.5%, the tube pressure was 40 Torr, and the total gas flow rate was 100.
When the synthesis was carried out for 10 hours under the condition of mm 2 /min, a diamond single crystal film was obtained on the substrate.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、化学気相法にお
いて基板として特定の材質のものを利用するので、基板
上にダイヤモンド単結晶膜を成膜でき、しかも経済的で
ある。
(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, since a specific material is used as the substrate in the chemical vapor deposition method, a diamond single crystal film can be formed on the substrate, and moreover, it is economical. It is.

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

図面はいずれも本発明の実施態様を示すものであり、第
1図はマイタロ波によって誘発したプラズマを用いる方
法の概要図、第2図は加熱したフィラメン1−を用いる
方法の概要図、第3図は高周波によって誘発したプラズ
マを用いる方法の概要図、第4図は燃焼炎を用いる方法
の概要図である。 ]・・マイクロ波発振機、2・・導波管、3 反応室、
4・・基板、5・・ガス供給装置、6・・利気装質、7
・基板支持台、8・・電気炉、9 ・タンクステンフィ
ラメン1〜.10・高周波誘導コイル、11冷却水、1
2 バーナー、13・・・燃焼炎。
The drawings all show embodiments of the present invention, and FIG. 1 is a schematic diagram of a method using plasma induced by mital waves, FIG. 2 is a schematic diagram of a method using heated filament 1-, and FIG. The figure is a schematic diagram of a method using plasma induced by high frequency, and FIG. 4 is a schematic diagram of a method using combustion flame. ]... Microwave oscillator, 2... Waveguide, 3 Reaction chamber,
4. Board, 5. Gas supply device, 6. Air supply material, 7
- Substrate support stand, 8... Electric furnace, 9 - Tanksten filament 1~. 10・High frequency induction coil, 11 Cooling water, 1
2 burner, 13... combustion flame.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に化学気相法によりダイヤモンド単結晶膜
を得るに際し、基板としてニッケル単結晶、コバルト単
結晶或いはニッケル−コバルト合金単結晶を用いること
を特徴とするダイヤモンド単結晶膜の合成方法。
(1) A method for synthesizing a diamond single crystal film, which comprises using a nickel single crystal, a cobalt single crystal, or a nickel-cobalt alloy single crystal as the substrate when obtaining the diamond single crystal film on a substrate by chemical vapor deposition.
(2)基板に用いるニッケル単結晶が、ニッケルに、鉄
:50atm%以下、銅:50atm%以下、クロム:
12atm%以下、マンガン:10atm%以下、白金
:10atm%以下、パラジウム:10atm%以下、
金:7atm%以下及び銀:7atm%以下のうちの1
種又は2種以上を添加したものである請求項1に記載の
方法。
(2) The nickel single crystal used in the substrate contains nickel, iron: 50 atm% or less, copper: 50 atm% or less, and chromium:
12 atm% or less, manganese: 10 atm% or less, platinum: 10 atm% or less, palladium: 10 atm% or less,
1 of Gold: 7 atm% or less and Silver: 7 atm% or less
The method according to claim 1, wherein a species or two or more species are added.
(3)基板に用いるコバルト単結晶が、コバルトに、鉄
:40atm%以下、銅:40atm%以下、クロム:
15atm%以下、マンガン:10atm%以下、白金
:8atm%以下、パラジウム:8atm%以下、金:
5atm%以下及び銀:5atm%以下のうちの1種又
は2種以上を添加したものである請求項1に記載の方法
(3) The cobalt single crystal used for the substrate contains cobalt, iron: 40 atm% or less, copper: 40 atm% or less, and chromium:
15 atm% or less, manganese: 10 atm% or less, platinum: 8 atm% or less, palladium: 8 atm% or less, gold:
The method according to claim 1, wherein one or more of the following is added: 5 atm% or less and silver: 5 atm% or less.
(4)基板に用いるニッケル−コバルト単結晶が、鉄:
50atm%以下、銅:50atm%以下、クロム:1
5atm%以下、マンガン:10atm%以下、白金:
10atm%以下、パラジウム:10atm%以下、金
:7atm%以下及び銀:7atm%以下のうちの1種
又は2種以上を添加したものである請求項1に記載の方
法。
(4) The nickel-cobalt single crystal used for the substrate is iron:
50 atm% or less, copper: 50 atm% or less, chromium: 1
5 atm% or less, manganese: 10 atm% or less, platinum:
The method according to claim 1, wherein one or more of the following are added: 10 atm% or less, palladium: 10 atm% or less, gold: 7 atm% or less, and silver: 7 atm% or less.
(5)基板に用いるニッケル単結晶、コバルト単結晶及
びニッケル−コバルト単結晶が、チタン、モリブデン、
タンタル、タングステン、けい素及びほう素のいずれか
を1atm%以下を含有する単結晶、或いはこれら元素
の任意の組み合わせを総量1atm%以下で含有する単
結晶である請求項1、2、3又は4に記載の方法。
(5) The nickel single crystal, cobalt single crystal, and nickel-cobalt single crystal used for the substrate are titanium, molybdenum,
Claim 1, 2, 3, or 4, which is a single crystal containing tantalum, tungsten, silicon, or boron in a total amount of 1 atm% or less, or a single crystal containing any combination of these elements in a total amount of 1 atm% or less. The method described in.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5298286A (en) * 1992-11-09 1994-03-29 North Carolina State University Method for fabricating diamond films on nondiamond substrates and related structures
WO1994026953A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 North Carolina State University Method for fabricating oriented diamond films
US5449531A (en) * 1992-11-09 1995-09-12 North Carolina State University Method of fabricating oriented diamond films on nondiamond substrates and related structures
EP0689233A2 (en) 1994-06-24 1995-12-27 Sumitomo Electric Industries, Limited Wafer and method of producing same
US5488232A (en) * 1993-09-28 1996-01-30 North Carolina State University Oriented diamond film structures on non-diamond substrates
US5499601A (en) * 1993-01-14 1996-03-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for vapor phase synthesis of diamond
WO2006048957A1 (en) 2004-11-05 2006-05-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Single-crystal diamond
US7655208B2 (en) 2005-04-15 2010-02-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Single crystalline diamond and producing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63262467A (en) * 1987-04-18 1988-10-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Formation of hard diamondlike carbon film with satisfactory adhesion
JPH04128377A (en) * 1990-09-18 1992-04-28 Mitsubishi Materials Corp Formation of vapor synthesized diamond coating layer having high adhesive strength

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63262467A (en) * 1987-04-18 1988-10-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Formation of hard diamondlike carbon film with satisfactory adhesion
JPH04128377A (en) * 1990-09-18 1992-04-28 Mitsubishi Materials Corp Formation of vapor synthesized diamond coating layer having high adhesive strength

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5298286A (en) * 1992-11-09 1994-03-29 North Carolina State University Method for fabricating diamond films on nondiamond substrates and related structures
US5449531A (en) * 1992-11-09 1995-09-12 North Carolina State University Method of fabricating oriented diamond films on nondiamond substrates and related structures
US5487945A (en) * 1992-11-09 1996-01-30 North Carolina State University Diamond films on nondiamond substrates
US5849413A (en) * 1992-11-09 1998-12-15 North Carolina State University Oriented diamond film structures on nondiamond substrates
US5499601A (en) * 1993-01-14 1996-03-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for vapor phase synthesis of diamond
WO1994026953A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 North Carolina State University Method for fabricating oriented diamond films
US5488232A (en) * 1993-09-28 1996-01-30 North Carolina State University Oriented diamond film structures on non-diamond substrates
EP0689233A2 (en) 1994-06-24 1995-12-27 Sumitomo Electric Industries, Limited Wafer and method of producing same
EP0689233A3 (en) * 1994-06-24 1998-10-21 Sumitomo Electric Industries, Limited Wafer and method of producing same
US5964942A (en) * 1994-06-24 1999-10-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Wafer and method of producing same
WO2006048957A1 (en) 2004-11-05 2006-05-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Single-crystal diamond
US7655208B2 (en) 2005-04-15 2010-02-02 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Single crystalline diamond and producing method thereof

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