JPH05194089A - 同位体として純粋な炭素１２または炭素１３からなる熱伝導率の高まった多結晶質ダイヤモンド - Google Patents
同位体として純粋な炭素１２または炭素１３からなる熱伝導率の高まった多結晶質ダイヤモンドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改良された熱伝導率を有する多結晶質ダイヤ
モンド。 【構成】 この新規な多結晶質ダイヤモンドは少なくと
も９９．５重量％が同位体として純粋な炭素１２または
炭素１３から主として構成される。これは、同位体とし
て純粋な多結晶質ダイヤモンドが直接成長されたとして
も、あるいは同位体として純粋な個々の炭素１２または
炭素１３のダイヤモンド結晶が多結晶質組織（たとえば
層または成形体）を形成するために焼結されたとしても
いえることである。
モンド。 【構成】 この新規な多結晶質ダイヤモンドは少なくと
も９９．５重量％が同位体として純粋な炭素１２または
炭素１３から主として構成される。これは、同位体とし
て純粋な多結晶質ダイヤモンドが直接成長されたとして
も、あるいは同位体として純粋な個々の炭素１２または
炭素１３のダイヤモンド結晶が多結晶質組織（たとえば
層または成形体）を形成するために焼結されたとしても
いえることである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶質ダイヤモンドの
調製に係り、特に高まった熱伝導率を有する多結晶質ダ
イヤモンドに係る。
調製に係り、特に高まった熱伝導率を有する多結晶質ダ
イヤモンドに係る。
【０００２】
【従来の技術】高品質の選定II型天然ダイヤモンドのよ
うな高熱伝導率ダイヤモンドは純度が極めて高いのが特
徴であり、２５℃で約２１ワット／cm°Ｋ程度の熱伝導
率をもっていると報告されている。このように高い熱伝
導率のダイヤモンドは、たとえば半導体の背面などに使
うヒートシンクの材料として有用である。コストが高く
つくにもかかわらずII型天然ダイヤモンドは熱伝導率が
最高であるためにヒートシンク材料として使用されてい
る。従来高温高圧（ＨＴ／ＨＰ）法で製造した高品質低
窒素の合成II型ダイヤモンドは同様に高い熱伝導率をも
つものが製造可能である。ほとんどの場合、低圧化学蒸
着（ＣＶＤ）プロセスで製造したダイヤモンドは単結晶
のダイヤモンドではなく、熱伝導率がずっと低くて通常
約３００°Ｋで（以後、「室温伝導率」ということがあ
る）１２ワット／cm°Ｋ程度である。
うな高熱伝導率ダイヤモンドは純度が極めて高いのが特
徴であり、２５℃で約２１ワット／cm°Ｋ程度の熱伝導
率をもっていると報告されている。このように高い熱伝
導率のダイヤモンドは、たとえば半導体の背面などに使
うヒートシンクの材料として有用である。コストが高く
つくにもかかわらずII型天然ダイヤモンドは熱伝導率が
最高であるためにヒートシンク材料として使用されてい
る。従来高温高圧（ＨＴ／ＨＰ）法で製造した高品質低
窒素の合成II型ダイヤモンドは同様に高い熱伝導率をも
つものが製造可能である。ほとんどの場合、低圧化学蒸
着（ＣＶＤ）プロセスで製造したダイヤモンドは単結晶
のダイヤモンドではなく、熱伝導率がずっと低くて通常
約３００°Ｋで（以後、「室温伝導率」ということがあ
る）１２ワット／cm°Ｋ程度である。
【０００３】ダイヤモンドは普通電気絶縁体であり、す
なわち電気を通さないので、熱はフォノンによって伝え
られる。フォノンの平均自由行程（すなわち格子振動モ
ード）を短くするものはいずれも熱伝導率を下げる。９
８％の天然ダイヤモンド（Ｉａ型）では不純物の窒素が
フォノンを散乱する。そのためフォノンの平均自由行程
が減少し、したがって熱伝導率が下がり８ワット／cm°
Ｋ付近になる。ＣＶＤ法によって作成される典型的な多
結晶質ダイヤモンドには、フォノンの平均自由行程を減
少させるたとえば双晶、粒界、格子空孔および転位のよ
うな多くの欠陥がある。ＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率
は、完全性の高いダイヤモンドの熱伝導率の約６０％で
あるという意味で顕著である。
なわち電気を通さないので、熱はフォノンによって伝え
られる。フォノンの平均自由行程（すなわち格子振動モ
ード）を短くするものはいずれも熱伝導率を下げる。９
８％の天然ダイヤモンド（Ｉａ型）では不純物の窒素が
フォノンを散乱する。そのためフォノンの平均自由行程
が減少し、したがって熱伝導率が下がり８ワット／cm°
Ｋ付近になる。ＣＶＤ法によって作成される典型的な多
結晶質ダイヤモンドには、フォノンの平均自由行程を減
少させるたとえば双晶、粒界、格子空孔および転位のよ
うな多くの欠陥がある。ＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率
は、完全性の高いダイヤモンドの熱伝導率の約６０％で
あるという意味で顕著である。
【０００４】多結晶質ダイヤモンド（薄膜、成形体また
は他の形態）に関して、熱伝導率は、二、三の要因とし
て挙げるとたとえば不純物、同位体効果および粒界散乱
による影響を受けることが知られている。実際、粒界散
乱は単結晶ダイヤモンドより低い熱伝導率の多結晶質ダ
イヤモンドで主流であると考えられる。こうして、多結
晶質ダイヤモンドの熱伝導率を高めることは今でも業界
で存在している問題である。
は他の形態）に関して、熱伝導率は、二、三の要因とし
て挙げるとたとえば不純物、同位体効果および粒界散乱
による影響を受けることが知られている。実際、粒界散
乱は単結晶ダイヤモンドより低い熱伝導率の多結晶質ダ
イヤモンドで主流であると考えられる。こうして、多結
晶質ダイヤモンドの熱伝導率を高めることは今でも業界
で存在している問題である。
【０００５】
【発明の概要】広い意味で本発明は、熱伝導率の改良さ
れた多結晶質ダイヤモンドに関する。この新規な多結晶
質ダイヤモンドは少なくとも９９．５重量％が同位体と
して純粋な炭素１２または炭素１３から主として構成さ
れる。本発明の多結晶質ダイヤモンドは少なくとも９
９．５重量％が同位体として純粋な炭素１２または炭素
１３から形成されている。
れた多結晶質ダイヤモンドに関する。この新規な多結晶
質ダイヤモンドは少なくとも９９．５重量％が同位体と
して純粋な炭素１２または炭素１３から主として構成さ
れる。本発明の多結晶質ダイヤモンドは少なくとも９
９．５重量％が同位体として純粋な炭素１２または炭素
１３から形成されている。
【０００６】同位体として純粋な単結晶の炭素１２また
は炭素１３のダイヤモンドは改良された熱伝導率をもっ
ていることが知られている。しかしながら、多結晶質ダ
イヤモンドは、たとえば不純物、同位体効果および粒界
散乱によって有害な影響を受ける熱伝導率パターンをも
っている。実際、粒界散乱があるため、当業者は多結晶
質ダイヤモンドの熱伝導率は多結晶質ダイヤモンド自身
の同位体種による影響を実質的に受けないのではないか
と考えるであろう。しかし予想に反して、同位体効果
は、同位体として純粋な炭素１２または炭素１３から主
として成る多結晶質ダイヤモンドの熱伝導率に影響を与
える主因となることが発見されたのである。これは、同
位体として純粋な多結晶質ダイヤモンドを直接成長する
にしても、あるいは同位体として純粋な個々の炭素１２
または炭素１３のダイヤモンド結晶が多結晶質組織（た
とえば層または成形体）を形成するように焼結される場
合にもいえることである。
は炭素１３のダイヤモンドは改良された熱伝導率をもっ
ていることが知られている。しかしながら、多結晶質ダ
イヤモンドは、たとえば不純物、同位体効果および粒界
散乱によって有害な影響を受ける熱伝導率パターンをも
っている。実際、粒界散乱があるため、当業者は多結晶
質ダイヤモンドの熱伝導率は多結晶質ダイヤモンド自身
の同位体種による影響を実質的に受けないのではないか
と考えるであろう。しかし予想に反して、同位体効果
は、同位体として純粋な炭素１２または炭素１３から主
として成る多結晶質ダイヤモンドの熱伝導率に影響を与
える主因となることが発見されたのである。これは、同
位体として純粋な多結晶質ダイヤモンドを直接成長する
にしても、あるいは同位体として純粋な個々の炭素１２
または炭素１３のダイヤモンド結晶が多結晶質組織（た
とえば層または成形体）を形成するように焼結される場
合にもいえることである。
【０００７】
【詳細な説明】ダイヤモンドにおける高伝導率は、特に
それがとることができる並列経路と直列経路を考えると
極めて複雑である。ダイヤモンドの熱伝導率に関する理
論は文献にもいろいろあって一貫せず、不完全であると
思われる。したがって、本明細書に述べた理論の多くは
この点を斟酌して解釈するべきである。本明細書に記載
した理論に関わりなく多結晶質炭素１２または炭素１３
の合成が本発明によって達成され、予測できない熱伝導
率が確認された。
それがとることができる並列経路と直列経路を考えると
極めて複雑である。ダイヤモンドの熱伝導率に関する理
論は文献にもいろいろあって一貫せず、不完全であると
思われる。したがって、本明細書に述べた理論の多くは
この点を斟酌して解釈するべきである。本明細書に記載
した理論に関わりなく多結晶質炭素１２または炭素１３
の合成が本発明によって達成され、予測できない熱伝導
率が確認された。
【０００８】以下では特に12Ｃダイヤモンドに関して記
載するが、13Ｃダイヤモンドについても同様に当てはま
る。ダイヤモンドは絶縁体であるので熱はフォノンによ
って伝えられる。多結晶質ダイヤモンドの熱伝導率は比
熱（Ｃ）、フォノン速度（Ｖ）およびフォノンの平均自
由行程（λ）を用いて次式Ｉで表わされる。 （Ｉ） Ｋ＝（１／３）ＣＶλ または Ｋ
＝ＣＶλ 以前にすでに示されているように、比熱とフォノン速度
（音速）は高品質ダイヤモンドでも化学蒸着（ＣＶＤ）
法で作成したダイヤモンドでも同じである。したがっ
て、いろいろなグレードのダイヤモンドで熱伝導率が変
わるのは、いろいろなグレードのダイヤモンドにおいて
フォノンの平均自由行程に差があるからである。フォノ
ンの平均自由行程は次の式で与えられる。 （II） １／λ＝１／λ（フォノン‐フォノン）＋１／
λ（粒界）＋１／λ（転位）＋１／λ（空孔）＋１／λ
（不純物）＋１／λ（同位体）＋ ... ここで、フォノン‐フォノン相互作用、粒界、転位、空
孔、不純物および同位体によって起こる散乱は明示され
ているがその他の可能な散乱中心（たとえば小さいボイ
ド）は... で示してある。
載するが、13Ｃダイヤモンドについても同様に当てはま
る。ダイヤモンドは絶縁体であるので熱はフォノンによ
って伝えられる。多結晶質ダイヤモンドの熱伝導率は比
熱（Ｃ）、フォノン速度（Ｖ）およびフォノンの平均自
由行程（λ）を用いて次式Ｉで表わされる。 （Ｉ） Ｋ＝（１／３）ＣＶλ または Ｋ
＝ＣＶλ 以前にすでに示されているように、比熱とフォノン速度
（音速）は高品質ダイヤモンドでも化学蒸着（ＣＶＤ）
法で作成したダイヤモンドでも同じである。したがっ
て、いろいろなグレードのダイヤモンドで熱伝導率が変
わるのは、いろいろなグレードのダイヤモンドにおいて
フォノンの平均自由行程に差があるからである。フォノ
ンの平均自由行程は次の式で与えられる。 （II） １／λ＝１／λ（フォノン‐フォノン）＋１／
λ（粒界）＋１／λ（転位）＋１／λ（空孔）＋１／λ
（不純物）＋１／λ（同位体）＋ ... ここで、フォノン‐フォノン相互作用、粒界、転位、空
孔、不純物および同位体によって起こる散乱は明示され
ているがその他の可能な散乱中心（たとえば小さいボイ
ド）は... で示してある。
【０００９】天然の同位体存在度の高品質ダイヤモンド
および同位体として純粋な高品質ダイヤモンドの熱拡散
率データからフォノンの平均自由行程長をいくつか評価
することができる。ダイヤモンドの室温における平均フ
ォノン速度は音速の１．３８×１０6 cm／秒に等しい。
ダイヤモンドの比熱は室温で６．１９５ジュール／ｇと
報告されている。同位体として純粋な高品質のダイヤモ
ンドの場合フォノンの平均自由行程は主としてフォノン
‐フォノン散乱によって制限される。Ｉ式から、λ（フ
ォノン‐フォノン）は０．１７ミクロンであることが分
かる。
および同位体として純粋な高品質ダイヤモンドの熱拡散
率データからフォノンの平均自由行程長をいくつか評価
することができる。ダイヤモンドの室温における平均フ
ォノン速度は音速の１．３８×１０6 cm／秒に等しい。
ダイヤモンドの比熱は室温で６．１９５ジュール／ｇと
報告されている。同位体として純粋な高品質のダイヤモ
ンドの場合フォノンの平均自由行程は主としてフォノン
‐フォノン散乱によって制限される。Ｉ式から、λ（フ
ォノン‐フォノン）は０．１７ミクロンであることが分
かる。
【００１０】天然の同位体存在度の高品質ダイヤモンド
の場合フォノンの平均自由行程はフォノン‐フォノン散
乱とフォノン‐同位体散乱の両方によって決まり、０．
０９ミクロンに等しい。この値と式IIから同位体散乱の
平均自由行程λ（同位体）として０．１９ミクロンを導
くことができる。多結晶質ＣＶＤダイヤモンドの場合別
のフォノン散乱中心が関係し、熱伝導率は約１２ワット
／cm°Ｋまで低下し、これはフォノンの平均自由行程と
して０．０５ミクロンに当たる。このフォノン平均自由
行程の量に関してはいくつか注意すべきことがある。ま
ず、式IIによると０．０５ミクロンよりずっと間隔が広
い散乱中心を除去しても熱伝導率に影響はない。したが
って、たとえば結晶粒度１０ミクロンのＣＶＤまたは他
の多結晶質ダイヤモンド材料で粒界を除去しても熱伝導
率は０．５％増大するだけである。
の場合フォノンの平均自由行程はフォノン‐フォノン散
乱とフォノン‐同位体散乱の両方によって決まり、０．
０９ミクロンに等しい。この値と式IIから同位体散乱の
平均自由行程λ（同位体）として０．１９ミクロンを導
くことができる。多結晶質ＣＶＤダイヤモンドの場合別
のフォノン散乱中心が関係し、熱伝導率は約１２ワット
／cm°Ｋまで低下し、これはフォノンの平均自由行程と
して０．０５ミクロンに当たる。このフォノン平均自由
行程の量に関してはいくつか注意すべきことがある。ま
ず、式IIによると０．０５ミクロンよりずっと間隔が広
い散乱中心を除去しても熱伝導率に影響はない。したが
って、たとえば結晶粒度１０ミクロンのＣＶＤまたは他
の多結晶質ダイヤモンド材料で粒界を除去しても熱伝導
率は０．５％増大するだけである。
【００１１】次に、ダイヤモンド上のエピタキシャル成
長または異種基板上のヘテロエピタキシャル成長を使用
して粒界を排除しても熱伝導率に影響はないが、そのよ
うな成長では完全な種晶を用いることによって転位の密
度が低くなることがあり、そのために熱伝導率が増大す
る。エッチピットの研究により、典型的なＣＶＤダイヤ
モンド材料の転位密度は１cm2 当たり１０8 個を越える
と評価された。転位の散乱によるフォノンの平均自由行
程は１ミクロン未満であるはずである。転位をすべて除
去すると熱伝導率は５％よりもっと増加するはずであ
る。
長または異種基板上のヘテロエピタキシャル成長を使用
して粒界を排除しても熱伝導率に影響はないが、そのよ
うな成長では完全な種晶を用いることによって転位の密
度が低くなることがあり、そのために熱伝導率が増大す
る。エッチピットの研究により、典型的なＣＶＤダイヤ
モンド材料の転位密度は１cm2 当たり１０8 個を越える
と評価された。転位の散乱によるフォノンの平均自由行
程は１ミクロン未満であるはずである。転位をすべて除
去すると熱伝導率は５％よりもっと増加するはずであ
る。
【００１２】粒界の数の減少は、ダイヤモンド成長の初
期段階で核形成を制御することによって達成することが
できる。これはさまざまな手段によって実施することが
できる。ヘテロエピタキシーがうまくいけば単結晶の薄
膜が得られるであろう。もし多結晶質材料が形成された
としても、Ｓｉ、Ｍｏなどの上に成長させた標準的なＣ
ＶＤダイヤモンドより粒界の数は少ないであろう。ヘテ
ロエピタキシーに適した基板はＮｉ、Ｃｕ／Ｎｉ合金、
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、およびＳｉ上にエピタキ
シャル成長させたＣＢＮ薄膜であろう。別のアプローチ
は基板にダイヤモンドの種晶を植え付けることである。
ＣＶＤダイヤモンドを使用してホモエピタキシャル成長
させると、薄膜の配向粒界を制御することが可能になる
はずである。粒界と転位密度を低下させることによって
フォノン散乱が排除され、得られる薄膜の熱伝導率が増
大するであろう。
期段階で核形成を制御することによって達成することが
できる。これはさまざまな手段によって実施することが
できる。ヘテロエピタキシーがうまくいけば単結晶の薄
膜が得られるであろう。もし多結晶質材料が形成された
としても、Ｓｉ、Ｍｏなどの上に成長させた標準的なＣ
ＶＤダイヤモンドより粒界の数は少ないであろう。ヘテ
ロエピタキシーに適した基板はＮｉ、Ｃｕ／Ｎｉ合金、
ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、およびＳｉ上にエピタキ
シャル成長させたＣＢＮ薄膜であろう。別のアプローチ
は基板にダイヤモンドの種晶を植え付けることである。
ＣＶＤダイヤモンドを使用してホモエピタキシャル成長
させると、薄膜の配向粒界を制御することが可能になる
はずである。粒界と転位密度を低下させることによって
フォノン散乱が排除され、得られる薄膜の熱伝導率が増
大するであろう。
【００１３】おそらくフォノンとＣＶＤダイヤモンドの
最大の散乱は空孔および空孔クラスターである。ＣＶＤ
ダイヤモンドは約９００℃の温度（これはダイヤモンド
の融点の１／４未満である）で析出するので析出の間固
体状態の拡散はそれ程多くない。この欠陥移動の欠乏の
ため、成長の間に空孔のような原子の欠陥が大量に凍結
されることになる。しかし現在のＣＶＤ技術ではこの状
態を改善できない。
最大の散乱は空孔および空孔クラスターである。ＣＶＤ
ダイヤモンドは約９００℃の温度（これはダイヤモンド
の融点の１／４未満である）で析出するので析出の間固
体状態の拡散はそれ程多くない。この欠陥移動の欠乏の
ため、成長の間に空孔のような原子の欠陥が大量に凍結
されることになる。しかし現在のＣＶＤ技術ではこの状
態を改善できない。
【００１４】ＣＶＤダイヤモンドから容易に除去できる
散乱中心のひとつは、同位体として純粋な炭素１２を作
成する場合の炭素１３同位体（および同位体として純粋
な炭素１３を作成する場合の炭素１２同位体）である。
同位体散乱の平均自由行程が分かれば、式IIを使用し
て、熱伝導率１２ワット／cm°Ｋの通常のＣＶＤ材料か
ら所望でない同位体を除去することによって期待できる
熱伝導率の変化を評価することができる。式IIでλ（同
位体）を削除することは０．１９ミクロンに等しく、こ
の大きくなったλを式Ｉに代入すると同位体として純粋
な炭素１２から作成されたＣＶＤダイヤモンドの熱伝導
率が１２ワット／cm°Ｋから１５ワット／cm°Ｋに増大
するはずである。同位体として純粋な炭素１３の熱伝導
率も同様に約１５ワット／cm°Ｋに増大するはずであ
る。
散乱中心のひとつは、同位体として純粋な炭素１２を作
成する場合の炭素１３同位体（および同位体として純粋
な炭素１３を作成する場合の炭素１２同位体）である。
同位体散乱の平均自由行程が分かれば、式IIを使用し
て、熱伝導率１２ワット／cm°Ｋの通常のＣＶＤ材料か
ら所望でない同位体を除去することによって期待できる
熱伝導率の変化を評価することができる。式IIでλ（同
位体）を削除することは０．１９ミクロンに等しく、こ
の大きくなったλを式Ｉに代入すると同位体として純粋
な炭素１２から作成されたＣＶＤダイヤモンドの熱伝導
率が１２ワット／cm°Ｋから１５ワット／cm°Ｋに増大
するはずである。同位体として純粋な炭素１３の熱伝導
率も同様に約１５ワット／cm°Ｋに増大するはずであ
る。
【００１５】同位体として９９．５重量％以上純粋な炭
素１２からなる約０．５mm厚のＣＶＤダイヤモンドディ
スクからレーザーフラッシュ拡散係数ＩＲ検出システム
のデータを得た。このディスクの片面を黒く塗り、レー
ザーパルスを照射した。サンプルの反対側の面で赤外検
出器によって拡散係数すなわち時間による温度減衰率を
検出した。この測定は室温、すなわち２５℃で行なっ
た。天然の存在度の同位体サンプルも試験した。天然存
在度のサンプルは８ワット／cm℃で試験され、同位体と
して純粋なサンプルは１２ワット／cm℃で試験された。
その結果同位体として純粋な炭素１３の多結晶質材料の
熱伝導率は意外にも天然存在度の同位体から作成した多
結晶質ダイヤモンドの熱伝導率よりずっと高い。この熱
伝導率の値は、多結晶質ダイヤモンド片の熱伝導率を抑
制する傾向がある転位、空孔、空孔クラスターなどの要
因に注意することによって初めて改善することができ
る。粒界の制御もまた重要である。熱伝導率の明らかな
損失が経験されているからである。尤も、同位体として
純粋な多結晶質ダイヤモンドの場合には天然同位体存在
度の多結晶質ダイヤモンド程ではないが。
素１２からなる約０．５mm厚のＣＶＤダイヤモンドディ
スクからレーザーフラッシュ拡散係数ＩＲ検出システム
のデータを得た。このディスクの片面を黒く塗り、レー
ザーパルスを照射した。サンプルの反対側の面で赤外検
出器によって拡散係数すなわち時間による温度減衰率を
検出した。この測定は室温、すなわち２５℃で行なっ
た。天然の存在度の同位体サンプルも試験した。天然存
在度のサンプルは８ワット／cm℃で試験され、同位体と
して純粋なサンプルは１２ワット／cm℃で試験された。
その結果同位体として純粋な炭素１３の多結晶質材料の
熱伝導率は意外にも天然存在度の同位体から作成した多
結晶質ダイヤモンドの熱伝導率よりずっと高い。この熱
伝導率の値は、多結晶質ダイヤモンド片の熱伝導率を抑
制する傾向がある転位、空孔、空孔クラスターなどの要
因に注意することによって初めて改善することができ
る。粒界の制御もまた重要である。熱伝導率の明らかな
損失が経験されているからである。尤も、同位体として
純粋な多結晶質ダイヤモンドの場合には天然同位体存在
度の多結晶質ダイヤモンド程ではないが。
【００１６】すでに指摘したように、同位体として純粋
な多結晶質ダイヤモンドはＣＶＤ法によって成長させる
ことができるし、あるいは高温高圧（ＨＴ／ＨＰ）法に
よって成長させることもできる。後者の場合、たとえ
ば、多結晶質ダイヤモンドを直接成長させることも、あ
るいは多結晶質ダイヤモンドを成長させた後そのダイヤ
モンドを焼結して適当な小片を形成することもできる。
ＨＴ／ＨＰ法は業界で周知であるが、そのプロセス条件
に関する詳細については米国特許第３，１４１，７４６
号、第３，３８１，４２８号、第３，６０９，８１８
号、第３，７４５，６２３号、第３，８３１，４２８号
および第３，８５０，５９１号を参照されたい。
な多結晶質ダイヤモンドはＣＶＤ法によって成長させる
ことができるし、あるいは高温高圧（ＨＴ／ＨＰ）法に
よって成長させることもできる。後者の場合、たとえ
ば、多結晶質ダイヤモンドを直接成長させることも、あ
るいは多結晶質ダイヤモンドを成長させた後そのダイヤ
モンドを焼結して適当な小片を形成することもできる。
ＨＴ／ＨＰ法は業界で周知であるが、そのプロセス条件
に関する詳細については米国特許第３，１４１，７４６
号、第３，３８１，４２８号、第３，６０９，８１８
号、第３，７４５，６２３号、第３，８３１，４２８号
および第３，８５０，５９１号を参照されたい。
【００１７】本発明で有用な通常のＣＶＤプロセスで
は、最初の段階として炭化水素／水素気体混合物をＣＶ
Ｄ反応器に供給する。炭化水素源としてはメタン系列の
ガス（たとえばメタン、エタン、プロパン）、不飽和炭
化水素（たとえばエチレン、アセチレン、シクロヘキセ
ンおよびベンゼン）などとすることができる。しかしメ
タンが好ましい。本発明の教示に従ってこれらの炭化水
素源として炭素１２または炭素１３のいずれかを使用す
る。炭化水素と水素のモル比は約１：１０から約１：
１，０００までの広い範囲であり、約１：１００とする
のが好ましい。場合により、この気体混合物を不活性ガ
ス（たとえばアルゴン）で希釈してもよい。気体混合物
の少なくとも一部を業界で公知の技術のうちのいずれか
によって熱分解する。これらの技術のひとつでは、通常
タングステン、モリブデン、タンタル、またはこれらの
合金で形成されたホットフィラメントを使用する。米国
特許第４，７０７，３８４号にこのプロセスが例示され
ている。
は、最初の段階として炭化水素／水素気体混合物をＣＶ
Ｄ反応器に供給する。炭化水素源としてはメタン系列の
ガス（たとえばメタン、エタン、プロパン）、不飽和炭
化水素（たとえばエチレン、アセチレン、シクロヘキセ
ンおよびベンゼン）などとすることができる。しかしメ
タンが好ましい。本発明の教示に従ってこれらの炭化水
素源として炭素１２または炭素１３のいずれかを使用す
る。炭化水素と水素のモル比は約１：１０から約１：
１，０００までの広い範囲であり、約１：１００とする
のが好ましい。場合により、この気体混合物を不活性ガ
ス（たとえばアルゴン）で希釈してもよい。気体混合物
の少なくとも一部を業界で公知の技術のうちのいずれか
によって熱分解する。これらの技術のひとつでは、通常
タングステン、モリブデン、タンタル、またはこれらの
合金で形成されたホットフィラメントを使用する。米国
特許第４，７０７，３８４号にこのプロセスが例示され
ている。
【００１８】気体混合物の一部を分解するには、米国特
許第４，７４９，５８７号や第４，７６７，６０８号で
提案されているように直流放電や高周波の電磁放射線に
よりプラズマを発生させたり、米国特許第４，４３４，
１８８号のようにマイクロ波を使用したりしても実施す
ることができる。米国特許第４，７４０，２６３号に従
ってＣＶＤ分解プロセスの間基板を電子で衝撃してもよ
い。
許第４，７４９，５８７号や第４，７６７，６０８号で
提案されているように直流放電や高周波の電磁放射線に
よりプラズマを発生させたり、米国特許第４，４３４，
１８８号のようにマイクロ波を使用したりしても実施す
ることができる。米国特許第４，７４０，２６３号に従
ってＣＶＤ分解プロセスの間基板を電子で衝撃してもよ
い。
【００１９】部分的に分解した気体混合物の生成に使用
する特定の方法に関係なく、基板はＣＶＤダイヤモンド
を形成する高温に維持する。この温度は通常約５００〜
１１００℃の範囲であり、約８５０〜９５０℃の範囲が
好ましい。この範囲ではダイヤモンドがその最大速度で
成長し、粒度は最小になる。圧力は約０．０１〜１００
０トルの範囲、有利には約１００〜８００トルが業界で
教示されており、減圧が好ましい。ＣＶＤプロセスに関
するこれ以上の詳細については、アンガス(Angus) ら、
「ダイヤモンドおよび『ダイヤモンド様』相の低圧準安
定成長(Low-Pressure, Metastable Growth of Diamond
and "Diamondlike" Phases) 」、サイエンス(Scienec
e)、第２４１巻、第９１３〜９２１頁（１９８８年８月
１９日）、ならびにバッハマン(Bachmann)ら、「ダイヤ
モンド薄膜(Diamond Thin Films)」、化学と工学のニュ
ース(Chemical and Engineering News) 、第２４〜３９
頁（１９８９年５月１５日）を参照することができる。
する特定の方法に関係なく、基板はＣＶＤダイヤモンド
を形成する高温に維持する。この温度は通常約５００〜
１１００℃の範囲であり、約８５０〜９５０℃の範囲が
好ましい。この範囲ではダイヤモンドがその最大速度で
成長し、粒度は最小になる。圧力は約０．０１〜１００
０トルの範囲、有利には約１００〜８００トルが業界で
教示されており、減圧が好ましい。ＣＶＤプロセスに関
するこれ以上の詳細については、アンガス(Angus) ら、
「ダイヤモンドおよび『ダイヤモンド様』相の低圧準安
定成長(Low-Pressure, Metastable Growth of Diamond
and "Diamondlike" Phases) 」、サイエンス(Scienec
e)、第２４１巻、第９１３〜９２１頁（１９８８年８月
１９日）、ならびにバッハマン(Bachmann)ら、「ダイヤ
モンド薄膜(Diamond Thin Films)」、化学と工学のニュ
ース(Chemical and Engineering News) 、第２４〜３９
頁（１９８９年５月１５日）を参照することができる。
フロントページの続き (72)発明者 ジェームス・フルトン・フレイスチャー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコテ ィア、ウッドサイド・ドライブ、４番 (72)発明者 ウイリアム・フランク・バンホルザー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコテ ィア、オルデ・コーチ・ロード、30番
Claims (12)
- 【請求項１】 同位体として少なくとも９９．５重量％
純粋な炭素１３から本質的に構成される熱伝導率が改良
された多結晶質ダイヤモンド。 - 【請求項２】 同位体として少なくとも９９．５重量％
純粋な炭素１２から本質的に構成される熱伝導率が改良
された多結晶質ダイヤモンド。 - 【請求項３】 化学蒸着（ＣＶＤ）法によって作成され
たものである、請求項１または２記載の多結晶質ダイヤ
モンド。 - 【請求項４】 高温高圧（ＨＴ／ＨＰ）法によって作成
されたものである、請求項１または２記載の多結晶質ダ
イヤモンド。 - 【請求項５】 クリスタライトひとつの厚みである、請
求項１または２記載の多結晶質ダイヤモンド。 - 【請求項６】 同位体として少なくとも９９．５重量％
純粋な炭素１３で多結晶質ダイヤモンドを形成すること
から本質的になる、多結晶質ダイヤモンドの熱伝導率を
改良する方法。 - 【請求項７】 同位体として少なくとも９９．５重量％
純粋な炭素１２で多結晶質ダイヤモンドを形成すること
から本質的になる、多結晶質ダイヤモンドの熱伝導率を
改良する方法。 - 【請求項８】 前記多結晶質ダイヤモンドを化学蒸着
（ＣＶＤ）法によって作成する、請求項６または７記載
の方法。 - 【請求項９】 前記多結晶質ダイヤモンドを高温高圧
（ＨＴ／ＨＰ）法によって作成する、請求項６または７
記載の方法。 - 【請求項１０】 前記多結晶質ダイヤモンドをクリスタ
ライトひとつの厚みで形成する、請求項６または７記載
の方法。 - 【請求項１１】 前記多結晶質ダイヤモンドを、Ｎｉ、
Ｃｕ／Ｎｉ合金および立方晶窒化ホウ素から選択された
基体上に成長させる、請求項８記載の方法。 - 【請求項１２】 前記多結晶質ダイヤモンドを、ダイヤ
モンドの種晶を添加した基体上に成長させる、請求項８
記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US72701691A | 1991-07-08 | 1991-07-08 | |
| US727016 | 1991-07-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05194089A true JPH05194089A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=24920984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4179494A Withdrawn JPH05194089A (ja) | 1991-07-08 | 1992-07-07 | 同位体として純粋な炭素１２または炭素１３からなる熱伝導率の高まった多結晶質ダイヤモンド |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05194089A (ja) |
| CA (1) | CA2070436A1 (ja) |
| GB (1) | GB2257427B (ja) |
| ZA (1) | ZA924614B (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013015347A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 住友電気工業株式会社 | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013028496A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013028497A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013028495A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2018049868A (ja) * | 2016-09-20 | 2018-03-29 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層構造体および半導体デバイス |
| JP7180053B1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-11-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド多結晶体、及びダイヤモンド多結晶体を備える工具 |
| JP7180054B1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-11-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド多結晶体、及びダイヤモンド多結晶体を備える工具 |
| JP7180052B1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-11-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 複合多結晶体、及び複合多結晶体を備える工具 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11100297A (ja) * | 1997-08-01 | 1999-04-13 | Tokyo Gas Co Ltd | ホウ素をドープした同位体ダイヤモンド及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0206820A3 (en) * | 1985-06-27 | 1987-10-28 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Diamond synthesis |
| GB8903793D0 (en) * | 1989-02-20 | 1989-04-05 | Plessey Co Plc | Diamond synthesis |
-
1992
- 1992-06-04 CA CA002070436A patent/CA2070436A1/en not_active Abandoned
- 1992-06-23 ZA ZA924614A patent/ZA924614B/xx unknown
- 1992-07-07 GB GB9214434A patent/GB2257427B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-07 JP JP4179494A patent/JPH05194089A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013015347A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 住友電気工業株式会社 | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013028496A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013028497A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013028495A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| CN103732535A (zh) * | 2011-07-28 | 2014-04-16 | 住友电气工业株式会社 | 多晶金刚石及其制造方法 |
| US9850135B2 (en) | 2011-07-28 | 2017-12-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystalline diamond and manufacturing method thereof |
| US9878914B2 (en) | 2011-07-28 | 2018-01-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystalline diamond and manufacturing method thereof |
| JP2018049868A (ja) * | 2016-09-20 | 2018-03-29 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層構造体および半導体デバイス |
| JP7180053B1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-11-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド多結晶体、及びダイヤモンド多結晶体を備える工具 |
| JP7180054B1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-11-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド多結晶体、及びダイヤモンド多結晶体を備える工具 |
| JP7180052B1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-11-30 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 複合多結晶体、及び複合多結晶体を備える工具 |
| WO2022259510A1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-12-15 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド多結晶体、及びダイヤモンド多結晶体を備える工具 |
| WO2022259508A1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-12-15 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 複合多結晶体、及び複合多結晶体を備える工具 |
| WO2022259509A1 (ja) * | 2021-06-11 | 2022-12-15 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド多結晶体、及びダイヤモンド多結晶体を備える工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9214434D0 (en) | 1992-08-19 |
| ZA924614B (en) | 1993-12-23 |
| GB2257427A (en) | 1993-01-13 |
| GB2257427B (en) | 1995-05-24 |
| CA2070436A1 (en) | 1993-01-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |