JPH04209797A - ダイヤモンド合成方法 - Google Patents
ダイヤモンド合成方法Info
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- JPH04209797A JPH04209797A JP2338999A JP33899990A JPH04209797A JP H04209797 A JPH04209797 A JP H04209797A JP 2338999 A JP2338999 A JP 2338999A JP 33899990 A JP33899990 A JP 33899990A JP H04209797 A JPH04209797 A JP H04209797A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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。
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
本発明はダイヤモンドの気相合成技術に関わり、高品質
のダイヤモンドを低温にて製造する技術を提供するもの
である。
のダイヤモンドを低温にて製造する技術を提供するもの
である。
従来の技術
ダイヤモンドの気相合成技術は、１９５６年のＤｅｒｊ
ａｇｕｉｎ（ＵＳＳＲＩｎｖ、Ｃｅｒｔｉ、 ；Ｎｏ、
３３９１３４．１９５８）、１９５８年のＥｖｅｒｓｏ
ｌｅ（口ＳＰ；Ｎｏ、 ３０３０１８７．３０３０１８
８）により始まり、１９８２年の松本等（Ｊｐｎ、Ｊ、
Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ；２１゜１９８２、 Ｌ１
８３）の研究以来活発な開発が進められている。
ａｇｕｉｎ（ＵＳＳＲＩｎｖ、Ｃｅｒｔｉ、 ；Ｎｏ、
３３９１３４．１９５８）、１９５８年のＥｖｅｒｓｏ
ｌｅ（口ＳＰ；Ｎｏ、 ３０３０１８７．３０３０１８
８）により始まり、１９８２年の松本等（Ｊｐｎ、Ｊ、
Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ；２１゜１９８２、 Ｌ１
８３）の研究以来活発な開発が進められている。
その中で、高速化・大面積化と併せて、合成プロセスの
低温化は極めて重要な課題となっている。
低温化は極めて重要な課題となっている。
発明が解決しようとする課題
プロセスの低温化技術としては、直流放電プラズマ法と
マイクロ波プラズマ法とが現在知られている。
マイクロ波プラズマ法とが現在知られている。
直流放電プラズマ法では、１５０〜２００Ｔｏｒｒの比
較的真空度の低い領域にふいて、５００℃程度の低温領
域にてダイヤモンド膜が作製されている。
較的真空度の低い領域にふいて、５００℃程度の低温領
域にてダイヤモンド膜が作製されている。
（Ｋ、 ５ｕｚｕｋｉ 他； Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、 ５０（１９８７）７２ｇ）しかし、これら
は異常グロー放電であるため、陽極上の極めて限られた
範囲にしか放電できず、大面積化に対しては極めて不利
なプロセスであると言える。また、電気的不導体には不
向きなプロセスであると言える。
Ｌｅｔｔ、 ５０（１９８７）７２ｇ）しかし、これら
は異常グロー放電であるため、陽極上の極めて限られた
範囲にしか放電できず、大面積化に対しては極めて不利
なプロセスであると言える。また、電気的不導体には不
向きなプロセスであると言える。
一方、マイクロ波プラズマ法に於いても、４００℃程度
の低温形成をしたとの報告はなされているが、同様に形
成面積が限られる欠点を有している。
の低温形成をしたとの報告はなされているが、同様に形
成面積が限られる欠点を有している。
また同様に、プラズマによりさらされるため基材の表面
が劣化する欠点が有る。
が劣化する欠点が有る。
さらに、プラスチック等ダイヤモンドのコーティングを
施すことによりその用途を拡大できる分野は多く、その
必要性は高まっているが、基材の熱的安定性より好まし
くは１００℃以下、少なくとも２００℃以下にて成膜で
きることが必要とされている。室温から２００℃の範囲
は一般的なプラスチイックの熱劣化をおさえるのに必要
な温度範囲です。さらに望ましくは室温から１００℃ま
での低温でコーティングすると、プラスチック劣化はさ
らに少なくなる。
施すことによりその用途を拡大できる分野は多く、その
必要性は高まっているが、基材の熱的安定性より好まし
くは１００℃以下、少なくとも２００℃以下にて成膜で
きることが必要とされている。室温から２００℃の範囲
は一般的なプラスチイックの熱劣化をおさえるのに必要
な温度範囲です。さらに望ましくは室温から１００℃ま
での低温でコーティングすると、プラスチック劣化はさ
らに少なくなる。
低温形成法として、アセチレン等を原料としたエキシマ
レーザあるいは低圧水銀ランプの紫外光によるＣＶＤ法
が考えられているが、この程度の波長では水素の光分解
ができず、原子状の活性な水素を発生させることができ
ない。
レーザあるいは低圧水銀ランプの紫外光によるＣＶＤ法
が考えられているが、この程度の波長では水素の光分解
ができず、原子状の活性な水素を発生させることができ
ない。
そのため、グラファイト等非ダイヤモンド成分が生成し
、ダイヤモンドが合成されない。
、ダイヤモンドが合成されない。
課題を解決するための手段
原料ガスとしては、波長が２００ｒｖ以下の光を吸収し
、分解する原料であり、例えばＣ、Ｈ、、ＣＣ１４＋Ｃ
２Ｆ２などＣｂＨ２，、−２＋ ＣｂＨ２，、＋ Ｃｈ
Ｈ２，、＋２で表わされる炭化水素ガス中の一部の水素
原子が弗素または塩素に置換されているガスが考えられ
る。
、分解する原料であり、例えばＣ、Ｈ、、ＣＣ１４＋Ｃ
２Ｆ２などＣｂＨ２，、−２＋ ＣｂＨ２，、＋ Ｃｈ
Ｈ２，、＋２で表わされる炭化水素ガス中の一部の水素
原子が弗素または塩素に置換されているガスが考えられ
る。
この原料ガス中にフッ素ガスあるいは塩素ガスを混合し
、且つ２０Ｏｎ−以下の紫外領域のレーザ光により励起
分解して、活性なフッ素イオンあるいは塩素イオンを生
成させ、これによりグラファイト等非ダイヤモンド成分
を除去し、あるいは生成を抑制し、低温におけるダイヤ
モンドの生成を可能とさせる。
、且つ２０Ｏｎ−以下の紫外領域のレーザ光により励起
分解して、活性なフッ素イオンあるいは塩素イオンを生
成させ、これによりグラファイト等非ダイヤモンド成分
を除去し、あるいは生成を抑制し、低温におけるダイヤ
モンドの生成を可能とさせる。
作用
ハロゲンガス添加の作用については、まだ明確に分かっ
ていないが、次の様に想像できる。塩素ガスは３３Ｏｎ
ｍ以下の波長帯で吸収が起き、分解する。フッ素ガスは
、第１表に示す様に水素ガスより結合力は弱く反応性に
富む。特に２００ｒｖ以下の紫外光を多光子吸収し、原
子状に分解する。原子状フッ素イオン及び塩素イオンは
化学的に反応性に富み、特にフッ素イオンはグラファイ
トと低温でも良く反応する。グラファイトの構成炭素原
子がｓ ｐ ２混成軌道をとっているのを、ダイヤモン
ド構成炭素原子と同じＳｐｓ混成軌道に変える働きをす
る。また、従来はエツチングの為の原子状水素を発生さ
せるために、フィラメントあるいはプラズマ等の手段を
必要とし、基材をある程度の高温状態にさらす必要があ
ったが、光のエネル、ギーのみで、副生成物として生成
する非ダイヤモンド成分をＣ＊Ｘ ２ｍ＋２ ＋ Ｃ＊
Ｘ １ｍ＋１等（Ｘ＝Ｆ、Ｃ１）の形で除去できる活性
なハロゲン元素を発生させることができ、ダイヤモンド
の低温形成が可能となった。
ていないが、次の様に想像できる。塩素ガスは３３Ｏｎ
ｍ以下の波長帯で吸収が起き、分解する。フッ素ガスは
、第１表に示す様に水素ガスより結合力は弱く反応性に
富む。特に２００ｒｖ以下の紫外光を多光子吸収し、原
子状に分解する。原子状フッ素イオン及び塩素イオンは
化学的に反応性に富み、特にフッ素イオンはグラファイ
トと低温でも良く反応する。グラファイトの構成炭素原
子がｓ ｐ ２混成軌道をとっているのを、ダイヤモン
ド構成炭素原子と同じＳｐｓ混成軌道に変える働きをす
る。また、従来はエツチングの為の原子状水素を発生さ
せるために、フィラメントあるいはプラズマ等の手段を
必要とし、基材をある程度の高温状態にさらす必要があ
ったが、光のエネル、ギーのみで、副生成物として生成
する非ダイヤモンド成分をＣ＊Ｘ ２ｍ＋２ ＋ Ｃ＊
Ｘ １ｍ＋１等（Ｘ＝Ｆ、Ｃ１）の形で除去できる活性
なハロゲン元素を発生させることができ、ダイヤモンド
の低温形成が可能となった。
また、原料ガスとしては、波長が２００ｎａ＋以下の光
を吸収し、分解する原料である必要があり、例えばＣ，
Ｈ，、ＣＣＪ、、Ｃ，ＨＦ等のガスが考えられる。
を吸収し、分解する原料である必要があり、例えばＣ，
Ｈ，、ＣＣＪ、、Ｃ，ＨＦ等のガスが考えられる。
第 １ 表
な＃ ＡｒＦ 、 ＡｒＣ１，Ｆ ｘが２０Ｏｎｍ以下
の波長の光を出すので、本願に用いることができる。
の波長の光を出すので、本願に用いることができる。
実施例
実施例１
第１図に示す装置にて、ＡｒＦエキシマレーザビームを
基材上１ｍｍのところを通した。レーザ導入窓には曇り
防止のために水素ガスを吹き付け、原料のアセチレンガ
ス及びフッ素ガスはノズルにより基板近傍に吹き付けた
。
基材上１ｍｍのところを通した。レーザ導入窓には曇り
防止のために水素ガスを吹き付け、原料のアセチレンガ
ス及びフッ素ガスはノズルにより基板近傍に吹き付けた
。
ガス組成は水素５００ｍｊ！ ／ｌｌ１ｉｎ、アセチレ
ン１ｖａｌ／ｗｉｎ、フッ素０．５ａｌ１７１ｉｎの割
合であった。基材は、＃ ５０００のダイヤモンド砥粒
により傷つけ処理したＳｉウェハーを使用した。加熱は
反応管の外部より加熱し、温度はステンレスでシースし
た熱電対を使用した。この熱電対は裸の熱電対にて補正
した。基板温度を１００℃に設定して、レーザエネルギ
ーを１００ｍＪ 、 ５０Ｈｚにて照射した。２０時間
の反応後、基材を取り出し、ＳＥＭ及びラマン分光にて
分析を行ったが、ダイヤモンドの自形が観察でき１３３
３ｃｍ −’にダイヤモンドのピークが確認できた。
ン１ｖａｌ／ｗｉｎ、フッ素０．５ａｌ１７１ｉｎの割
合であった。基材は、＃ ５０００のダイヤモンド砥粒
により傷つけ処理したＳｉウェハーを使用した。加熱は
反応管の外部より加熱し、温度はステンレスでシースし
た熱電対を使用した。この熱電対は裸の熱電対にて補正
した。基板温度を１００℃に設定して、レーザエネルギ
ーを１００ｍＪ 、 ５０Ｈｚにて照射した。２０時間
の反応後、基材を取り出し、ＳＥＭ及びラマン分光にて
分析を行ったが、ダイヤモンドの自形が観察でき１３３
３ｃｍ −’にダイヤモンドのピークが確認できた。
膜厚は２μｍで成長速度は０．１μｌ／ｈｒであった。
実施例２
実施例１に示す方法に於て、Ｈｚ ５００ｍ１／ ａｋ
ｉｎ 。
ｉｎ 。
アセチレン０．５ｍＡ ／ｌｌ１ｉｎ、塩素ガス０．４
ｍＡ／ｌｌ１ｎを導入し、基板温度を２００℃に設定し
てダイヤモンド膜を形成した。同様にＳＥＭ及びラマン
分光にて同定を行った。実施例と同様にラマン分光にて
分析したところ１３３３ｃｍ−’にピークを有すること
が確認できた。
ｍＡ／ｌｌ１ｎを導入し、基板温度を２００℃に設定し
てダイヤモンド膜を形成した。同様にＳＥＭ及びラマン
分光にて同定を行った。実施例と同様にラマン分光にて
分析したところ１３３３ｃｍ−’にピークを有すること
が確認できた。
実施例３
実施例１に示す方法に於て、水素ガスの代わりにヘリウ
ムガスを使用しＨｅガス５００ａ＋７ ／＋ｉｉｎ 。
ムガスを使用しＨｅガス５００ａ＋７ ／＋ｉｉｎ 。
アセチレン０．７ａ＋１／ ａｋｉｎ、フッ素ガス０，
６ａ＋ｆ／ｗｉｎで流し、基板温度を１００℃としてダ
イヤモンドを合成したところ、同様の結果をえることが
できた。
６ａ＋ｆ／ｗｉｎで流し、基板温度を１００℃としてダ
イヤモンドを合成したところ、同様の結果をえることが
できた。
実施例４
実施例１に示す方法に於て、原料ガスとしてアセチレン
ガスの代りに四塩化炭素を使用し、Ｈ２５００ｍｌ／ｓ
ｉｎ 、 ＣＣｌ４０．３ａｌｌｗＩｎ、フッ素０．３
ａｌｌ ／ ５ｈｉｎのガスを流したところ、実施例１
と同様の結果をえることができた。
ガスの代りに四塩化炭素を使用し、Ｈ２５００ｍｌ／ｓ
ｉｎ 、 ＣＣｌ４０．３ａｌｌｗＩｎ、フッ素０．３
ａｌｌ ／ ５ｈｉｎのガスを流したところ、実施例１
と同様の結果をえることができた。
実施例５
実施例１に示す方法に於て、基材にポリカーボネイトを
使用したが、基板が劣化することなく、実施例１と同様
の結果を得ることができた。
使用したが、基板が劣化することなく、実施例１と同様
の結果を得ることができた。
発明の効果
ダイヤモンドをきわめて低温にて形成できることができ
、従来不可能であった有機高分子上にも成膜可能となり
、その耐摩耗性を飛躍的に向上させることができる。ま
た、従来の用途に於ても材質に殆ど影響を与えることな
くダイヤモンド形成することができ、品質向上に役立つ
。
、従来不可能であった有機高分子上にも成膜可能となり
、その耐摩耗性を飛躍的に向上させることができる。ま
た、従来の用途に於ても材質に殆ど影響を与えることな
くダイヤモンド形成することができ、品質向上に役立つ
。
Claims (2)
- （１）ダイヤモンドを気相合成する方法に於いて、炭素
を含む原料ガスとフッ素ガスあるいは塩素ガスの混合ガ
スを水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスからなる群
の内の１種または２種以上のガスにより希釈した混合ガ
スに、２００ｎｍ以下の波長のレーザを照射させる事を
特徴とするダイヤモンド合成方法。 - （２）レーザーかＡｒＦ、ＡｒＣｌまたはＦ＿２から発
生したものであることを特徴とする請求項（１）記載の
ダイヤモンド合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2338999A JPH04209797A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | ダイヤモンド合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2338999A JPH04209797A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | ダイヤモンド合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209797A true JPH04209797A (ja) | 1992-07-31 |
Family
ID=18323313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2338999A Pending JPH04209797A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | ダイヤモンド合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04209797A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022008517A (ja) * | 2018-05-10 | 2022-01-13 | ロッキード マーティン コーポレイション | ハロゲン化材料及び負の電子親和性ナノ粒子から成る原料におけるｕｖ誘起溶媒和電子からの直接付加合成 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2338999A patent/JPH04209797A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022008517A (ja) * | 2018-05-10 | 2022-01-13 | ロッキード マーティン コーポレイション | ハロゲン化材料及び負の電子親和性ナノ粒子から成る原料におけるｕｖ誘起溶媒和電子からの直接付加合成 |
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