JPH0524990A - ダイヤモンドの表面処理方法 - Google Patents
ダイヤモンドの表面処理方法Info
- Publication number
- JPH0524990A JPH0524990A JP13377391A JP13377391A JPH0524990A JP H0524990 A JPH0524990 A JP H0524990A JP 13377391 A JP13377391 A JP 13377391A JP 13377391 A JP13377391 A JP 13377391A JP H0524990 A JPH0524990 A JP H0524990A
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- Japan
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- oxygen
- metal
- treatment
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ダイヤモンドに表面処理を施し、高温下におい
てもグラファイト化しないようにする。 【構成】クロム酸による酸化処理又は酸素プラズマ中に
ダイヤモンドを曝すことで、ダイヤモンドの表面に酸素
を吸着させる。
てもグラファイト化しないようにする。 【構成】クロム酸による酸化処理又は酸素プラズマ中に
ダイヤモンドを曝すことで、ダイヤモンドの表面に酸素
を吸着させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温下においてダイヤ
モンドのグラファイト化を抑制でき、又金属との界面特
性を変化させることのできるダイヤモンドの表面処理方
法に関するものである。
モンドのグラファイト化を抑制でき、又金属との界面特
性を変化させることのできるダイヤモンドの表面処理方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び解決すべき課題】ダイヤモンドは他の
半導体Ｇｅ、Ｓｉなどと比べ広い禁制帯幅や小さな誘電
率を備えている。このためダイヤモンドの電子デバイス
や光デバイスへの応用が期待され、特に気相合成法によ
りダイヤモンド以外の基板上にダイヤモンド薄膜を作成
することが可能になってからダイヤモンド薄膜のデバイ
スへの応用研究が盛んに行われている。
半導体Ｇｅ、Ｓｉなどと比べ広い禁制帯幅や小さな誘電
率を備えている。このためダイヤモンドの電子デバイス
や光デバイスへの応用が期待され、特に気相合成法によ
りダイヤモンド以外の基板上にダイヤモンド薄膜を作成
することが可能になってからダイヤモンド薄膜のデバイ
スへの応用研究が盛んに行われている。
【０００３】しかし、ダイヤモンドの高温動作デバイス
への応用を考えた場合、ダイヤモンド表面のグラファイ
ト化は非常に問題となる。ｎ形ダイヤモンドを作成する
ために、ｎ形不純物をダイヤモンドにイオン注入した
後、ダイヤモンドをアニールして生成した欠陥などを消
滅しなければならないが、従来のＣＶＤダイヤモンドは
６００度程度でグラファイト化してしまうためこのグラ
ファイト化が大きな問題となる。又ダイヤモンドと金属
との界面において、電流がショートするようなことが起
こると、やはりダイヤモンドはグラファイト化してしま
う。
への応用を考えた場合、ダイヤモンド表面のグラファイ
ト化は非常に問題となる。ｎ形ダイヤモンドを作成する
ために、ｎ形不純物をダイヤモンドにイオン注入した
後、ダイヤモンドをアニールして生成した欠陥などを消
滅しなければならないが、従来のＣＶＤダイヤモンドは
６００度程度でグラファイト化してしまうためこのグラ
ファイト化が大きな問題となる。又ダイヤモンドと金属
との界面において、電流がショートするようなことが起
こると、やはりダイヤモンドはグラファイト化してしま
う。
【０００４】さらに現在までの研究では、ｐ形ダイヤモ
ンドは容易に作成できるが、低抵抗ｎ形ダイヤモンドに
関してはいまだ作成されていない。このことからダイヤ
モンドを電子デバイスや光デバイスに応用するためには
ｐ−ｎ接合よりもショトキ接合の研究が重要となってく
る。ところで、広い禁制帯幅の半導体は、金属との界面
における電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性が一般にその金属の
仕事関数に依存し、ｐ形半導体に対してショットキ接合
を得るには仕事関数の低い金属が有効であり、又仕事関
数の大きい金属ではオーミック特性が得られていた。
ンドは容易に作成できるが、低抵抗ｎ形ダイヤモンドに
関してはいまだ作成されていない。このことからダイヤ
モンドを電子デバイスや光デバイスに応用するためには
ｐ−ｎ接合よりもショトキ接合の研究が重要となってく
る。ところで、広い禁制帯幅の半導体は、金属との界面
における電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性が一般にその金属の
仕事関数に依存し、ｐ形半導体に対してショットキ接合
を得るには仕事関数の低い金属が有効であり、又仕事関
数の大きい金属ではオーミック特性が得られていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は上記の
課題を解決するためになされたものであって、高温にお
いても表面がグラファイト化せず、金属との界面におけ
るＩ−Ｖ特性を変化させ、非常によいショットキ接合が
得られるダイヤモンドの表面処理方法を提供するもので
ある。即ち、本発明の処理方法は、ダイヤモンド表面に
酸素を吸着させるもので、この酸素吸着手段としてダイ
ヤモンドをクロム酸により酸化処理する方法と、ダイヤ
モンドを酸素プラズマ中に曝す方法とがある。
課題を解決するためになされたものであって、高温にお
いても表面がグラファイト化せず、金属との界面におけ
るＩ−Ｖ特性を変化させ、非常によいショットキ接合が
得られるダイヤモンドの表面処理方法を提供するもので
ある。即ち、本発明の処理方法は、ダイヤモンド表面に
酸素を吸着させるもので、この酸素吸着手段としてダイ
ヤモンドをクロム酸により酸化処理する方法と、ダイヤ
モンドを酸素プラズマ中に曝す方法とがある。
【０００６】以下、各試験を通して本発明の実施例を説
明する。 （試験例１）まずダイヤモンドの表面に酸素を吸着した
ものとしていないものとで、金属／ダイヤモンド界面に
おけるＩ−Ｖ特性に違いが見られるか否かについて試験
を行った。ダイヤモンドの形成方法は、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法で、形成条件は圧力２０〜３５Ｔｏｒｒ、
ガス流量Ｈ２９０〜９５ｓｃｃｍ、ＣＯ５〜１０ｓｃｃ
ｍ、Ｂ２Ｈ６Ｏ〜５ｓｃｃｍ、温度８８０〜９５０度、
基板にはｐ＋ −Ｓｉ（１００）、ＳｉＯ２を用いた。そ
して形成されたダイヤモンドには次の各処理を行つた。 クロム酸と濃硫酸の飽和溶液中で２００度まで加熱し
て酸化処理後冷却し、その後水酸化アンモニウムと過酸
化水素水の１：１混合液中で９０度で中和する。 酸素プラズマ中（温度４００〜１２００度好ましくは
７００〜１０００度、時間数分程度以下、圧力２００Ｔ
ｏｒｒ以下、好ましくは５０Ｔｏｒｒ以下で１分）にダ
イヤモンドを曝す。 過マンガン酸カリの濃硫酸溶液中で、常温又は加熱処
理し、水洗する。 水素プラズマ中（温度７００−１１００度、時間１０
分程度、圧力２００Ｔｏｒｒ以下）にダイヤモンドを曝
す。
明する。 （試験例１）まずダイヤモンドの表面に酸素を吸着した
ものとしていないものとで、金属／ダイヤモンド界面に
おけるＩ−Ｖ特性に違いが見られるか否かについて試験
を行った。ダイヤモンドの形成方法は、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法で、形成条件は圧力２０〜３５Ｔｏｒｒ、
ガス流量Ｈ２９０〜９５ｓｃｃｍ、ＣＯ５〜１０ｓｃｃ
ｍ、Ｂ２Ｈ６Ｏ〜５ｓｃｃｍ、温度８８０〜９５０度、
基板にはｐ＋ −Ｓｉ（１００）、ＳｉＯ２を用いた。そ
して形成されたダイヤモンドには次の各処理を行つた。 クロム酸と濃硫酸の飽和溶液中で２００度まで加熱し
て酸化処理後冷却し、その後水酸化アンモニウムと過酸
化水素水の１：１混合液中で９０度で中和する。 酸素プラズマ中（温度４００〜１２００度好ましくは
７００〜１０００度、時間数分程度以下、圧力２００Ｔ
ｏｒｒ以下、好ましくは５０Ｔｏｒｒ以下で１分）にダ
イヤモンドを曝す。 過マンガン酸カリの濃硫酸溶液中で、常温又は加熱処
理し、水洗する。 水素プラズマ中（温度７００−１１００度、時間１０
分程度、圧力２００Ｔｏｒｒ以下）にダイヤモンドを曝
す。
【０００７】ここで処理及びはダイヤモンドの表面
に酸素を吸着させるための処理で、このことは図１、図
２、図３に示すＸＰＳ、ＡＥＳ、ＲＢＳの測定結果から
分かる。又処理は前記処理や処理でダイヤモンド
の表面に吸着した酸素を離脱させるための処理である。
このような処理を行ったダイヤモンドを、図４に示す金
属／ダイヤモンドの界面構造において各種金属をショッ
トキ電極に用いたときの前記界面のＩ−Ｖ特性を調べ
た。この特性と各金属の仕事関数、電気陰性度との関係
を表１及び表２に示す。
に酸素を吸着させるための処理で、このことは図１、図
２、図３に示すＸＰＳ、ＡＥＳ、ＲＢＳの測定結果から
分かる。又処理は前記処理や処理でダイヤモンド
の表面に吸着した酸素を離脱させるための処理である。
このような処理を行ったダイヤモンドを、図４に示す金
属／ダイヤモンドの界面構造において各種金属をショッ
トキ電極に用いたときの前記界面のＩ−Ｖ特性を調べ
た。この特性と各金属の仕事関数、電気陰性度との関係
を表１及び表２に示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【表２】
【００１０】表１に示すようにダイヤモンドの表面に酸
素が吸着していない場合のＩ−Ｖ特性は金属の仕事関数
（電気陰性度）に依存しており、例えば仕事関数の小さ
いＡｌはショットキ特性を、仕事関数が大きいＡｕはオ
ーミック特性を示す。しかし、ダイヤモンドの表面に酸
素を吸着させた場合、表２に示すように表１でオーミッ
ク特性を示していたＡｕやＰｔなどもショットキ特性を
示すようになる。一方、表１においてショットキ特性を
示したＡｌなどは、処理後もあまり特性に変化はなか
った。又処理でダイヤモンド表面の酸素を離脱させる
ことによって、表２のように金属に依存していなかった
界面特性が表１に示すように金属に依存するようになっ
た。このようにダイヤモンドの表面に酸素を吸着させる
ことによりＩ−Ｖ特性の金属依存性を変化させ様々な金
属と非常によいショットキ接続を得ることができる。
素が吸着していない場合のＩ−Ｖ特性は金属の仕事関数
（電気陰性度）に依存しており、例えば仕事関数の小さ
いＡｌはショットキ特性を、仕事関数が大きいＡｕはオ
ーミック特性を示す。しかし、ダイヤモンドの表面に酸
素を吸着させた場合、表２に示すように表１でオーミッ
ク特性を示していたＡｕやＰｔなどもショットキ特性を
示すようになる。一方、表１においてショットキ特性を
示したＡｌなどは、処理後もあまり特性に変化はなか
った。又処理でダイヤモンド表面の酸素を離脱させる
ことによって、表２のように金属に依存していなかった
界面特性が表１に示すように金属に依存するようになっ
た。このようにダイヤモンドの表面に酸素を吸着させる
ことによりＩ−Ｖ特性の金属依存性を変化させ様々な金
属と非常によいショットキ接続を得ることができる。
【００１１】前記処理は処理と同様の効果がある
が、処理ではダイヤモンドの表面にクロムが残る場合
もあるのに対し、処理ではこのようなことが起こらな
い点で優れている。又処理ではダイヤモンドの表面に
酸素を吸着させることができず、金属との界面特性も変
化しなかつた。このことからダイヤモンド表面は化学的
の安定であり、酸化するには非常に強い酸化力が必要で
あることがわかる。従って、酸化に用いる酸は前記クロ
ム酸の他、重クロム酸カリ、硝酸カリなどが考えられ
る。
が、処理ではダイヤモンドの表面にクロムが残る場合
もあるのに対し、処理ではこのようなことが起こらな
い点で優れている。又処理ではダイヤモンドの表面に
酸素を吸着させることができず、金属との界面特性も変
化しなかつた。このことからダイヤモンド表面は化学的
の安定であり、酸化するには非常に強い酸化力が必要で
あることがわかる。従って、酸化に用いる酸は前記クロ
ム酸の他、重クロム酸カリ、硝酸カリなどが考えられ
る。
【００１２】尚、上記処理における処理条件としては
温度が１４０〜２５０度、好ましくは１６０〜２４０度
で、クロム酸による酸化時間はクロム酸の酸化能力が低
下しない程度の範囲内（５分〜２０分）で適宜選択すれ
ばよい。
温度が１４０〜２５０度、好ましくは１６０〜２４０度
で、クロム酸による酸化時間はクロム酸の酸化能力が低
下しない程度の範囲内（５分〜２０分）で適宜選択すれ
ばよい。
【００１３】（試験例２）次に前記処理を施したダイ
ヤモンドが高温下においてもグラファイト化しないこと
を確認するため、グラファイトへの層転移の臨界温度を
調べてみた。試験方法は処理を施したダイヤモンドを
真空中（１０−６Ｔｏｒｒ）において、基板に用いたｐ
＋ −Ｓｉの通電加熱により基板側から９００度でアニー
ルし、アニール前後の、ＥＬＳによる損失スペクトルを
比較してグラファイト化の評価を行った。その結果を図
５、図６に示す。両図を比較して明らかなように、図６
におけるＣ−Ｏ結合による損失スペクトルがわずかにブ
ロードニングしているが、ＩＩプラズモンによる損失は
あまり表れていない。従ってダイヤモンドの典型的なプ
ラズモン損失スペクトルは、あまり変化しておらず、酸
素が吸着されたダイヤモンド表面はグラファイト化が抑
制されているといえる。このことは、従来のＣＶＤダイ
ヤモンドの前記臨界温度が約６００度、天然ダイヤモン
ドのそれが約８００度であることと比較すれば、酸素を
ダイヤモンド表面に吸着させることで前記臨界温度を飛
躍的に向上できることを示している。
ヤモンドが高温下においてもグラファイト化しないこと
を確認するため、グラファイトへの層転移の臨界温度を
調べてみた。試験方法は処理を施したダイヤモンドを
真空中（１０−６Ｔｏｒｒ）において、基板に用いたｐ
＋ −Ｓｉの通電加熱により基板側から９００度でアニー
ルし、アニール前後の、ＥＬＳによる損失スペクトルを
比較してグラファイト化の評価を行った。その結果を図
５、図６に示す。両図を比較して明らかなように、図６
におけるＣ−Ｏ結合による損失スペクトルがわずかにブ
ロードニングしているが、ＩＩプラズモンによる損失は
あまり表れていない。従ってダイヤモンドの典型的なプ
ラズモン損失スペクトルは、あまり変化しておらず、酸
素が吸着されたダイヤモンド表面はグラファイト化が抑
制されているといえる。このことは、従来のＣＶＤダイ
ヤモンドの前記臨界温度が約６００度、天然ダイヤモン
ドのそれが約８００度であることと比較すれば、酸素を
ダイヤモンド表面に吸着させることで前記臨界温度を飛
躍的に向上できることを示している。
【００１４】以上のことから、デバイス応用という点
で、アニールによるグラファイト化とダイヤモンド表面
への酸素吸着により、図７に示すような構造の電解効果
トランジスタが考えられる。表面にグラファイト層が存
在すると、非常に良いオーミック特性が得られ、又酸素
が吸着していると、安定したショットキ特性が得られる
のでトランジスタとしても良い特性が期待できる。
で、アニールによるグラファイト化とダイヤモンド表面
への酸素吸着により、図７に示すような構造の電解効果
トランジスタが考えられる。表面にグラファイト層が存
在すると、非常に良いオーミック特性が得られ、又酸素
が吸着していると、安定したショットキ特性が得られる
のでトランジスタとしても良い特性が期待できる。
【００１５】尚、上記の各試験では気相合成法により形
成したダイヤモンドを用いたが、このほか高圧法により
形成したダイヤモンド、天然のダイヤモンドでも同様の
結果が得られる。又、ダイヤモンド表面に酸素を吸着さ
せる方法として、上記のほか２０Ｋｖ程度で加速した酸
素イオンを２００〜４００度に加熱したダイヤモンドに
イオン注入してもよい。
成したダイヤモンドを用いたが、このほか高圧法により
形成したダイヤモンド、天然のダイヤモンドでも同様の
結果が得られる。又、ダイヤモンド表面に酸素を吸着さ
せる方法として、上記のほか２０Ｋｖ程度で加速した酸
素イオンを２００〜４００度に加熱したダイヤモンドに
イオン注入してもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、ダイヤモンドの表
面に酸素を吸着させることで、安定したショットキ特性
が得られるのでデバイスへの応用が期待できると共に、
グラファイトへの層転移の臨界温度が向上できるため耐
摩耗性部材などに本発明方法を有効利用することが考え
られる。
面に酸素を吸着させることで、安定したショットキ特性
が得られるのでデバイスへの応用が期待できると共に、
グラファイトへの層転移の臨界温度が向上できるため耐
摩耗性部材などに本発明方法を有効利用することが考え
られる。
【図１】図１は処理後のダイヤモンド表面のＸＰＳス
ペクトル
ペクトル
【図２】図２は処理後のダイヤモンド表面のＡＥＳス
ペクトル
ペクトル
【図３】図３は処理後のダイヤモンド表面のＲＢＳス
ペクトル
ペクトル
【図４】図４は金属／ダイヤモンド界面の構造を示す説
明図である。
明図である。
【図５】図５は酸素を吸着したダイヤモンドのアニール
前のＥＬＳによる損失スペクトル
前のＥＬＳによる損失スペクトル
【図６】図６は酸素を吸着したダイヤモンドのアニール
後のＥＬＳによる損失スペクトル
後のＥＬＳによる損失スペクトル
【図７】図７はグラファイト化と酸化を利用した電解効
果トランジスタの構造図である。
果トランジスタの構造図である。
Claims (2)
- 【請求項１】クロム酸による酸化処理でダイヤモンドの
表面に酸素を吸着させることを特徴とするダイヤモンド
の表面処理方法。 - 【請求項２】ダイヤモンドを酸素プラズマ中に曝し、ダ
イヤモンドの表面に酸素を吸着させることを特徴とする
ダイヤモンドの表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13377391A JPH0524990A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ダイヤモンドの表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13377391A JPH0524990A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ダイヤモンドの表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0524990A true JPH0524990A (ja) | 1993-02-02 |
Family
ID=15112642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13377391A Pending JPH0524990A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ダイヤモンドの表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0524990A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2738832A1 (fr) * | 1995-09-18 | 1997-03-21 | Suisse Electronique Microtech | Procede d'obtention d'une couche de diamant sur un support en matiere plastique et produit ainsi obtenu |
| EP0930378A1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-21 | Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. | Method of processing of CVD diamond coatings |
| JP2009086276A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | 画像表示装置とその支持体構造 |
| US9383123B2 (en) | 2011-05-10 | 2016-07-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Refrigeration cycle device capable of efficiently varying capacity providing a first and a second compressing mechanism disposed in a hermetic container |
| US11111920B2 (en) | 2019-06-25 | 2021-09-07 | Lg Electronics Inc. | Suction valve assembly for a compressor and a compressor having a suction valve assembly |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP13377391A patent/JPH0524990A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2738832A1 (fr) * | 1995-09-18 | 1997-03-21 | Suisse Electronique Microtech | Procede d'obtention d'une couche de diamant sur un support en matiere plastique et produit ainsi obtenu |
| EP0930378A1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-21 | Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. | Method of processing of CVD diamond coatings |
| JP2009086276A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Hitachi Ltd | 画像表示装置とその支持体構造 |
| US9383123B2 (en) | 2011-05-10 | 2016-07-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Refrigeration cycle device capable of efficiently varying capacity providing a first and a second compressing mechanism disposed in a hermetic container |
| US11111920B2 (en) | 2019-06-25 | 2021-09-07 | Lg Electronics Inc. | Suction valve assembly for a compressor and a compressor having a suction valve assembly |
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