JPH0492892A - Production of diamond - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ダイヤモンドの製造方法に関し、特に、含炭
素ガスとしてアセチレンガスを用いることにより、安価
に且つ短時間で高効率にダイヤモンドを形成するための
新規な改良に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing diamond, and in particular, a method for producing diamond at low cost, in a short time, and with high efficiency by using acetylene gas as a carbon-containing gas. Concerning new improvements for.
［従来の技術］
従来、用いられていたこの種の気相法によるダイヤモン
ドの製造方法としては種々あるが、その中で代表的なも
のについて述べると、例えば、特開平１−３０１５８６
号公報に開示された方法を挙げることができる。[Prior Art] There are various methods of manufacturing diamond using this type of vapor phase method that have been used in the past, and the representative ones are described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-301586.
For example, the method disclosed in the publication No.
すなわち、含炭素ガスとして、メタン、エタン、アセチ
レン、プロパン、天然ガス等を用いており、特に、アセ
チレン（Ｃ２Ｈ２）の場合には、Ｃ２Ｈ，の流量が６０
０又は４００５ｃｅＨに対し、酸素ガス（Ｏ２）の流量
が４００又は３００５ｅｃＮとなっていた。That is, methane, ethane, acetylene, propane, natural gas, etc. are used as the carbon-containing gas, and in particular, in the case of acetylene (C2H2), the flow rate of C2H is 60%.
The flow rate of oxygen gas (O2) was 400 or 3005 ecN compared to 0 or 4005 ceH.
［発明が解決しようとする課題］
従来のダイヤモンドの製造方法は、以上のように構成さ
れていたため、次のような課題が存在していた。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional method for manufacturing diamond was configured as described above, the following problems existed.
すなわち、アセチレンガスの場合、Ｃ２）１２の流量が
６００又は４００５ｅｃＮに対し、０２の流量が４００
又は３００ ｓｅｃＭであったため、本出願人の実験に
よれば、前述のガス流量比率においては、０２のガス流
量が少ないため、基板上におけるダイヤモンド膜の形成
が行われに＜＜、所定の多角形を有するダイヤ結晶膜を
得ることは不可能であった。In other words, in the case of acetylene gas, the flow rate of C2)12 is 600 or 4005 ecN, while the flow rate of 02 is 400 ecN.
According to the applicant's experiments, at the above gas flow rate ratio, the diamond film was formed on the substrate because the gas flow rate of 02 was small, It was not possible to obtain a diamond crystal film having the following properties.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、含炭素ガスとしてアセチレンガスを用い
ることにより、安価に且つ短時間で高効率にダイヤモン
ドを形成するようにしたダイヤモンドの製造方法を提供
することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in particular, it is a method for forming diamonds at low cost, in a short time, and with high efficiency by using acetylene gas as a carbon-containing gas. The purpose is to provide a manufacturing method.
［課題を解決するための手段］
本発明によるダイヤモンドの製造方法は、プラズマＣＶ
Ｄ法により、反応室内に含炭素ガス及び酸素ガスを供給
し、母材表面にダイヤモンドを合成するようにしたダイ
ヤモンドの製造方法において、前記含炭素ガスとしてア
セチレンガス（Ｃ２Ｈ２）を用い、前記アセチレンガス
（Ｃ２Ｈ２）と酸素ガス〈０２）の比率を１０対８．９
〜９．１とした方法である。[Means for Solving the Problems] A method for producing diamond according to the present invention includes plasma CVD.
In a diamond manufacturing method in which carbon-containing gas and oxygen gas are supplied into a reaction chamber and diamond is synthesized on the surface of a base material by method D, acetylene gas (C2H2) is used as the carbon-containing gas, and the acetylene gas (C2H2) and oxygen gas <02) ratio of 10:8.9
This is the method described in ~9.1.
［作 用コ
本発明によるダイヤモンドの製造方法においては、アセ
チレンガス（Ｃ２Ｈ２）と酸素ガス（Ｏ２）の比率を１
０対８．９〜９．１としているため、アセチレンガス（
Ｃ２Ｈ２）に対する酸素ガス（Ｏ２）の比率が好適とな
り、投入電力４００Ｗ、圧力４０Ｔｏｒｒの条件下で、
約１時間に３μ径のダイヤモンド粒が多数形成された。[Function] In the diamond manufacturing method according to the present invention, the ratio of acetylene gas (C2H2) and oxygen gas (O2) is set to 1.
Since the ratio is 0 to 8.9 to 9.1, acetylene gas (
The ratio of oxygen gas (O2) to C2H2) was suitable, and under the conditions of input power of 400 W and pressure of 40 Torr,
A large number of diamond grains with a diameter of 3 μm were formed in about 1 hour.
［実施例］
以下、図面と共に本発明によるダイヤモンドの製造方法
の好適な実施例について説明する。[Example] Hereinafter, a preferred example of the method for producing diamond according to the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図から第３１迄は本発明によるダイヤモンドの製造
方法を示すためのもので、第１図はダイヤモンド製造装
置を示す構成図、第２図は合成されたダイヤモンドの表
面状態の結晶の構造を示す電子顕微鏡写真、第３図は非
ダイヤモンド成分を含むものの表面状態の結晶の構造を
示す電子顕微鏡写真である。Figures 1 to 31 are for illustrating the diamond manufacturing method according to the present invention. Figure 1 is a block diagram showing the diamond manufacturing apparatus, and Figure 2 shows the crystal structure of the surface state of the synthesized diamond. FIG. 3 is an electron micrograph showing the crystal structure of the surface state of a material containing non-diamond components.
図において、符号１で示されるものは、マイクロ波発振
機であり、このマイクロ波発振機１は、導波管２を介し
て石英等からなる反応室３に接続されている。In the figure, the reference numeral 1 indicates a microwave oscillator, and this microwave oscillator 1 is connected via a waveguide 2 to a reaction chamber 3 made of quartz or the like.
前記反応室３は縦長形に構成されていると共に、この反
応室３の下部には、この反応室３内を減圧状態に保持す
るための排気装置４が排気系バルブ５を介して接続され
ている。The reaction chamber 3 is configured in a vertically elongated shape, and an exhaust device 4 for maintaining the inside of the reaction chamber 3 in a reduced pressure state is connected to the lower part of the reaction chamber 3 via an exhaust system valve 5. There is.
前記反応室３内には、基板支持台６上に支持された例え
ばシリコン等の母材７が配設されており、この反応室３
の前記母材支持台６に対応する内壁３ａには、前記マイ
クロ波発振機１からのマイクロ波を吸収するための黒鉛
等からなるマイクロ波吸収剤８が設けられている。A base material 7 such as silicon, supported on a substrate support 6, is disposed inside the reaction chamber 3.
A microwave absorber 8 made of graphite or the like for absorbing microwaves from the microwave oscillator 1 is provided on the inner wall 3a corresponding to the base material support base 6.
前記反応室３の上部には、酸素ガスを内蔵した酸素ガス
ボンベ９が、第１バルブ１０を介して接続されると共に
、含炭素化合物であるアセチレンガス（ＣＪｚ）を内蔵
したアセチレンガスボンベ１１が第２バルブ１２を介し
て接続されている。An oxygen gas cylinder 9 containing oxygen gas is connected to the upper part of the reaction chamber 3 via a first valve 10, and an acetylene gas cylinder 11 containing acetylene gas (CJz), which is a carbon-containing compound, is connected to a second valve. They are connected via a valve 12.
従って、マイクロ波発振機１を所定の出力で起動させ、
導波管２を通じて反応室３内にマイクロ波を導入するこ
とによりマイクロ波プラズマを発生させ、各バルブ１０
．１２を開弁して酸素ガス〈０２）及びアセチレンガス
＜ Ｃ２Ｈ２）を反応室３内に供給し、過熱された母材
７表面上において、アセチレンガス中の炭素化合物の分
解及び酸素ガスの作用によって、第２図に示す様な表面
が多角状のダイヤモンド皮膜体の析出が行われる。Therefore, start the microwave oscillator 1 with a predetermined output,
Microwave plasma is generated by introducing microwaves into the reaction chamber 3 through the waveguide 2, and each valve 10
．． 12 is opened to supply oxygen gas <02) and acetylene gas <C2H2) into the reaction chamber 3, and on the surface of the superheated base material 7, the carbon compounds in the acetylene gas are decomposed and the action of the oxygen gas causes , a diamond film having a polygonal surface as shown in FIG. 2 is deposited.
次に、本出願人が前述のダイヤモンド製造装置を用いて
実際にダイヤモンド皮膜体を合成した場合の実験例につ
いて説明する。Next, an experimental example will be described in which the present applicant actually synthesized a diamond coated body using the above-mentioned diamond manufacturing apparatus.
実験例
母材７としてシリコンウニハを用い、含炭素化合物とし
てアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２） 、雰囲気ガスとして酸
素ガス（Ｏ２）を用い、以下の条件で、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを合成した。Experimental Example Using silicon unifer as the base material 7, acetylene gas (C2H2) as the carbon-containing compound, and oxygen gas (O2) as the atmospheric gas, diamond was synthesized by the microwave plasma CVD method under the following conditions.
Ｃ２Ｈ２・・・５０ｓｅｃＭ ０２・・０〜５０ｓｃｃＭ マイクロ波出力 ・４００Ｗ 真空度・・・４ Ｑ ｔｏｒｒ 約１時間後に３μ径のダイヤモンド粒が形成された。C2H2...50secM 02...0~50sccM Microwave output ・400W Vacuum degree...4Q torr After about 1 hour, diamond grains with a diameter of 3 μm were formed.
尚、前述の実験において、アセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）
と酸素ガス（Ｏ２）の比率を１０対９とし、酸素ガス（
Ｏ２）の流量を４５ ｓｃｅＭとした場合、最良の結果
が得られ、第２図に示す多角状のダイヤモンドの結晶を
得ることができた。In addition, in the above experiment, acetylene gas (C2H2)
The ratio of oxygen gas (O2) and oxygen gas (O2) is set to 10:9.
The best results were obtained when the flow rate of O2) was 45 sceM, and the polygonal diamond crystals shown in FIG. 2 could be obtained.
また、この酸素ガス（Ｏ□）の流量を４５ｓｅｃＮを越
えた値とすると、酸素ガス（Ｏ２）のエツチング作用に
よってダイヤモンドの形成は不能となり、また、酸素ガ
スの流量を４４ ｓｅｃＭ ＜フレームの下限値未満）
にすると不純物（アモルファスカーボン等）を含有し、
第３図に示すように多角形ではなく、円形に近い結晶と
なった。Furthermore, if the flow rate of this oxygen gas (O□) is set to a value exceeding 45 secN, diamond formation becomes impossible due to the etching action of oxygen gas (O2), and the flow rate of oxygen gas is set to 44 secM < lower limit value of the frame. less than)
If it is, it will contain impurities (amorphous carbon, etc.),
As shown in Figure 3, the crystals were not polygonal but close to circular.
次に、前述の第２図及び第３図に示すダイヤモンドに対
応したラマン分光スペクトルを示すと、第４図及び第５
図の通りであり、第４図においては、第２図のダイヤモ
ンドを示すビークＡが明確であるのに対し、第５図にお
いては第３図のダイヤモンドを示すビークＡに対してア
モルファスカーボンを示す部分Ｂが表されていることか
らみても明らかである。Next, the Raman spectra corresponding to the diamond shown in Figs. 2 and 3 above are shown in Figs. 4 and 5.
As shown in the figure, in Figure 4, the beak A indicating the diamond in Figure 2 is clear, whereas in Figure 5, the beak A indicating the diamond in Figure 3 indicates amorphous carbon. This is clear from the fact that part B is shown.
前述の酸素ガス（Ｏ２）の流量は、種々実験をした結果
、その流量を４４，５〜４５．５５ｃｃＨすなわち比率
を１０対８．９〜９．１の範囲内とした状態で良好な結
果を得ることができたが、この範囲をはずれ、例えば、
９．１ を越えると０２によるエツチング作用が大とな
り、８．９ 未満となると０□１が足りず、何れの場合
もダイヤモンドの形成は不能であった。As a result of various experiments, good results were obtained when the flow rate of oxygen gas (O2) was set to 44.5 to 45.55 ccH, that is, the ratio was within the range of 10 to 8.9 to 9.1. However, outside this range, for example,
When it exceeds 9.1, the etching effect of 02 becomes strong, and when it is less than 8.9, there is not enough 0□1, and in either case, it was impossible to form a diamond.
また、前述の実験では、アセチレンガス（Ｃ２）１２）
及び酸素ガス（Ｏ□）以外のガスは、全く混入させるこ
とのないように管理されていることを前提としている。In addition, in the above experiment, acetylene gas (C2)12)
It is assumed that gases other than oxygen gas (O□) are managed so as not to be mixed in at all.
［発明の効果］
本発明によるダイヤモンドの製造方法は、以上のように
構成されているため、次のような効果を得ることができ
る。[Effects of the Invention] Since the diamond manufacturing method according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
すなわち、アセチレンガス（Ｃ，Ｈ，）を用い、このア
セチレンガス（Ｃ２Ｈ２）と酸素ガス（Ｏ２）の流量比
率を１０対８９〜９．１としているため、ダイヤモンド
の形成が確実に行われる。That is, since acetylene gas (C, H,) is used and the flow rate ratio of acetylene gas (C2H2) and oxygen gas (O2) is 10:89 to 9.1, diamond formation is reliably performed.
また、アセチレンガスは安価で且つ分解効率が他のガス
（メタンガス）に比べると約１０倍良くなるため、生産
性を大幅に向上させることができる。Furthermore, since acetylene gas is inexpensive and has a decomposition efficiency that is about 10 times better than that of other gases (methane gas), productivity can be greatly improved.
第１図から第３国連は、本発明によるダイヤモンドの製
造方法を示すためのもので、第１図はダイヤモンド製造
装置を示す構成図、第２図は合成されたダイヤモンドの
表面状態の結晶の構造を示す電子顕微鏡写真、第３図は
非ダイヤモンド成分を含むものの表面状態の結晶の構造
を示す電子顕微鏡写真、第４図は第２図のものに対応す
るラマン分光スペクトル特性図、第５図は第３図のもの
に対応するラマン分光スペクトル特性図である。
３は反応室、７は母材である。
特許出願人 株式会社日本製鋼所
同 上
高 谷 松 文Figures 1 to 3 are for showing the diamond manufacturing method according to the present invention. Figure 1 is a block diagram showing the diamond manufacturing equipment, and Figure 2 is the crystal structure of the surface state of the synthesized diamond. Fig. 3 is an electron micrograph showing the structure of the surface state of crystals containing non-diamond components, Fig. 4 is a Raman spectra characteristic diagram corresponding to that in Fig. 2, and Fig. 5 is FIG. 4 is a Raman spectroscopic spectral characteristic diagram corresponding to that of FIG. 3; 3 is a reaction chamber, and 7 is a base material. Patent applicant: Japan Steel Works, Ltd. Fumiaki Tani Matsu
Claims (1)
及び酸素ガスを供給し、母材（７）表面にダイヤモンド
を合成するようにしたダイヤモンドの製造方法において
、 前記含炭素ガスとしてアセチレンガス（Ｃ＿２Ｈ＿２）
を用い、前記アセチレンガス（Ｃ＿２Ｈ＿２）と酸素ガ
ス（Ｏ＿２）の比率を１０対８．９〜９．１としたこと
を特徴とするダイヤモンドの製造方法。[Scope of Claims] A method for producing diamond, in which carbon-containing gas and oxygen gas are supplied into a reaction chamber (3) by plasma CVD method, and diamond is synthesized on the surface of a base material (7), comprising: Acetylene gas (C_2H_2) as carbon gas
A method for manufacturing diamond, characterized in that the ratio of the acetylene gas (C_2H_2) to oxygen gas (O_2) is 10:8.9 to 9.1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20509190A JPH0492892A (en) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | Production of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP20509190A JPH0492892A (en) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | Production of diamond |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0492892A true JPH0492892A (en) | 1992-03-25 |
Family
ID=16501282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20509190A Pending JPH0492892A (en) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | Production of diamond |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0492892A (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01282193A (en) * | 1988-01-14 | 1989-11-14 | Yoichi Hirose | Method for synthesizing diamond by vapor phase process |
| JPH01301586A (en) * | 1988-05-28 | 1989-12-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Vapor synthesis of diamond |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP20509190A patent/JPH0492892A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01282193A (en) * | 1988-01-14 | 1989-11-14 | Yoichi Hirose | Method for synthesizing diamond by vapor phase process |
| JPH01301586A (en) * | 1988-05-28 | 1989-12-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Vapor synthesis of diamond |
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