JPH05262595A - ダイヤモンド膜の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH05262595A JPH05262595A JP31156392A JP31156392A JPH05262595A JP H05262595 A JPH05262595 A JP H05262595A JP 31156392 A JP31156392 A JP 31156392A JP 31156392 A JP31156392 A JP 31156392A JP H05262595 A JPH05262595 A JP H05262595A
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- Japan
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- diamond
- reaction chamber
- gas
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Abstract
(57)【要約】
【構成】水素ガスと、炭素を含むダイヤモンド生成用ガ
スからなり、これらの合計した容積に対して前記ダイヤ
モンド生成用ガスの容積が５０％以下の反応ガスを反応
室１に導入するとともに、反応室１内部に電子サイクロ
トロン共鳴プラズマを発生させて、５００乃至１０００
℃に加熱された基体５表面にダイヤモンドを気相成長さ
せる。 【効果】ダイヤモンドの合成が著しく促進され、不純物
の少ない非常の良質なダイヤモンド膜が基体上に形成で
きる。さらに、フィラメントなどプラズマ発生用の熱源
を使用しないためにかかる熱源の不良によってダイヤモ
ンド膜の形成が阻害されず、安定した製造が維持できる
という利点も有し、その結果、量産型に相応した、且つ
信頼性の高いダイヤモンド膜の製造方法が提供できる。
スからなり、これらの合計した容積に対して前記ダイヤ
モンド生成用ガスの容積が５０％以下の反応ガスを反応
室１に導入するとともに、反応室１内部に電子サイクロ
トロン共鳴プラズマを発生させて、５００乃至１０００
℃に加熱された基体５表面にダイヤモンドを気相成長さ
せる。 【効果】ダイヤモンドの合成が著しく促進され、不純物
の少ない非常の良質なダイヤモンド膜が基体上に形成で
きる。さらに、フィラメントなどプラズマ発生用の熱源
を使用しないためにかかる熱源の不良によってダイヤモ
ンド膜の形成が阻害されず、安定した製造が維持できる
という利点も有し、その結果、量産型に相応した、且つ
信頼性の高いダイヤモンド膜の製造方法が提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学気相成長法による
ダイヤモンド膜の製造方法に関し、詳細には高品質のダ
イヤモンド膜を生成させるための改良に関する。
ダイヤモンド膜の製造方法に関し、詳細には高品質のダ
イヤモンド膜を生成させるための改良に関する。
【０００２】
【従来技術】ダイヤモンドは、高価な装置を使用して超
高圧・超高温のもとで合成されるようになったが、他
方、高硬度ならびに耐摩耗性に優れた切削工具や耐摩耗
部材などを、更に、広範な用途に答えると共に、効率的
にダイヤモンドを合成するために化学気相成長法が研究
されている。即ち、フィラメントで予め予備加熱をし、
炭化水素の熱分解によってダイヤモンドを析出させた
り、あるいはプラズマ中で炭化水素を分解・励起し、基
体上にダイヤモンド状の炭素膜を形成する方法など種々
の化学気相成長法が提案されている。
高圧・超高温のもとで合成されるようになったが、他
方、高硬度ならびに耐摩耗性に優れた切削工具や耐摩耗
部材などを、更に、広範な用途に答えると共に、効率的
にダイヤモンドを合成するために化学気相成長法が研究
されている。即ち、フィラメントで予め予備加熱をし、
炭化水素の熱分解によってダイヤモンドを析出させた
り、あるいはプラズマ中で炭化水素を分解・励起し、基
体上にダイヤモンド状の炭素膜を形成する方法など種々
の化学気相成長法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、前者
の化学気相成長法によれば、炭化水素の分解速度が遅い
ことに伴ってダイヤモンドの析出速度が遅くなり、加え
て、フィラメントの断線が頻繁に生じるということもあ
って、生産効率が非常に悪いという欠点があった。
の化学気相成長法によれば、炭化水素の分解速度が遅い
ことに伴ってダイヤモンドの析出速度が遅くなり、加え
て、フィラメントの断線が頻繁に生じるということもあ
って、生産効率が非常に悪いという欠点があった。
【０００４】また、後者の化学気相成長法によれば、炭
化水素ガスの圧力が大きいため、ガス内の不純物が多く
なり、加えて、イオン化率が低いために炭化水素の分解
速度が遅くなり、これにより、純度の劣ったダイヤモン
ドが遅い析出速度で形成され、未だ満足するようなダイ
ヤモンド膜が形成されていない。
化水素ガスの圧力が大きいため、ガス内の不純物が多く
なり、加えて、イオン化率が低いために炭化水素の分解
速度が遅くなり、これにより、純度の劣ったダイヤモン
ドが遅い析出速度で形成され、未だ満足するようなダイ
ヤモンド膜が形成されていない。
【０００５】本発明は、上述のすべての難点を解決する
ために完成されたもので、ダイヤモンド生成用プラズマ
のイオン化率を大きくするとともに、そのプラズマの寿
命を延ばし、これにより、良質のダイヤモンド膜を効率
的に合成する量産型に相応したダイヤモンド膜の製造方
法を提供することを目的とするものである。
ために完成されたもので、ダイヤモンド生成用プラズマ
のイオン化率を大きくするとともに、そのプラズマの寿
命を延ばし、これにより、良質のダイヤモンド膜を効率
的に合成する量産型に相応したダイヤモンド膜の製造方
法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明によるダイヤモ
ンド膜の製造方法は、水素ガスと、炭素を含むダイヤモ
ンド生成用ガスからなり、これらの合計した容積に対し
て前記ダイヤモンド生成用ガスの容積が５０％以下の反
応ガスを反応室に導入するとともに、該反応室内部に電
子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させて、５００乃
至１０００℃に加熱された基体表面にダイヤモンドを気
相成長させることに特徴がある。
ンド膜の製造方法は、水素ガスと、炭素を含むダイヤモ
ンド生成用ガスからなり、これらの合計した容積に対し
て前記ダイヤモンド生成用ガスの容積が５０％以下の反
応ガスを反応室に導入するとともに、該反応室内部に電
子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させて、５００乃
至１０００℃に加熱された基体表面にダイヤモンドを気
相成長させることに特徴がある。
【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。図は、ダ
イヤモンド膜を形成するための電子サイクロトロン共鳴
型放電装置であり、図中、反応室（１）の外部に電磁石
用コイル（２）を配置して反応室（１）内に磁場を印加
し、且つマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）が導波管（３）
を介してこの反応室（１）へ導入される。そして、反応
ガスとして、水素ガスと炭素を含むダイヤモンド生成用
ガス、例えば、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ4 、Ｃ
2 Ｈ6、Ｃ3 Ｈ8 などのガスが導入管（４）を通して反
応室（１）に導入されると同時に、電子サイクロトロン
共鳴が生じ、電子がダイヤモンド生成用ガスと衝突して
放電し、プラズマを発生せしめ、基体（５）上にダイヤ
モンド膜が気相成長される。
イヤモンド膜を形成するための電子サイクロトロン共鳴
型放電装置であり、図中、反応室（１）の外部に電磁石
用コイル（２）を配置して反応室（１）内に磁場を印加
し、且つマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）が導波管（３）
を介してこの反応室（１）へ導入される。そして、反応
ガスとして、水素ガスと炭素を含むダイヤモンド生成用
ガス、例えば、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ4 、Ｃ
2 Ｈ6、Ｃ3 Ｈ8 などのガスが導入管（４）を通して反
応室（１）に導入されると同時に、電子サイクロトロン
共鳴が生じ、電子がダイヤモンド生成用ガスと衝突して
放電し、プラズマを発生せしめ、基体（５）上にダイヤ
モンド膜が気相成長される。
【０００８】即ち、電子のサイクロトロン周波数ｆはｆ
＝ｅＢ／２πｍ（但し、ｍ：電子の質量（９．１０９５
３４×１０-31 ｋｇ）、ｅ：電子の電荷（１．６０２１
８９２×１０-19 クーロン) 、Ｂ：磁束密度（テスラ
ー）とする）に基づいて、サイクロトロン運動を起こ
し、この周波数ｆがマイクロ波の周波数（２．４５ＧＨ
ｚ）と一致する時、即ち、磁束密度が８７５ガウスとな
る時、共鳴が生じ、その結果、電子がダイヤモンド生成
用ガスと衝突して成る放電現象が著しく増大し、発生す
るプラズマの密度が一層大きくなる。なお、この時の反
応室内の圧力は、電子サイクロトロン共鳴プラズマの発
生を阻害しない圧力に設定されるが、他の気相成長法に
比べて減圧することができるために、高純度のプラズマ
が発生するのに加えて、プラズマの発生効率が高く、且
つ寿命も長いために、良質のダイヤモンド膜を効率よく
気相成長させることができる。しかし、圧力が１０-5ｔ
ｏｒｒより低いとプラズマが発生せず、成膜することが
できないため、反応室内の圧力は１０- 5 ｔｏｒｒ以上
に設定される。
＝ｅＢ／２πｍ（但し、ｍ：電子の質量（９．１０９５
３４×１０-31 ｋｇ）、ｅ：電子の電荷（１．６０２１
８９２×１０-19 クーロン) 、Ｂ：磁束密度（テスラ
ー）とする）に基づいて、サイクロトロン運動を起こ
し、この周波数ｆがマイクロ波の周波数（２．４５ＧＨ
ｚ）と一致する時、即ち、磁束密度が８７５ガウスとな
る時、共鳴が生じ、その結果、電子がダイヤモンド生成
用ガスと衝突して成る放電現象が著しく増大し、発生す
るプラズマの密度が一層大きくなる。なお、この時の反
応室内の圧力は、電子サイクロトロン共鳴プラズマの発
生を阻害しない圧力に設定されるが、他の気相成長法に
比べて減圧することができるために、高純度のプラズマ
が発生するのに加えて、プラズマの発生効率が高く、且
つ寿命も長いために、良質のダイヤモンド膜を効率よく
気相成長させることができる。しかし、圧力が１０-5ｔ
ｏｒｒより低いとプラズマが発生せず、成膜することが
できないため、反応室内の圧力は１０- 5 ｔｏｒｒ以上
に設定される。
【０００９】本発明によれば、水素ガスの導入に伴っ
て、水素プラズマが発生し、このプラズマによって生成
した水素原子や水素イオンがダイヤモンドの合成に大き
く寄与することが判り、しかも、反応室（１）で炭素を
含有するダイヤモンド生成用ガス及び水素ガスの合計し
た容積に対して、炭素を含有するダイヤモンド生成用ガ
スの容積を５０％以下に特定することが望ましい。この
特定比が５０％を越えると膜中に非晶質炭素やグラファ
イトが増加してダイヤモンドの優れた特性を劣化させる
傾向にあり、好適には１０％以下（０を含まず）とする
のがよい。
て、水素プラズマが発生し、このプラズマによって生成
した水素原子や水素イオンがダイヤモンドの合成に大き
く寄与することが判り、しかも、反応室（１）で炭素を
含有するダイヤモンド生成用ガス及び水素ガスの合計し
た容積に対して、炭素を含有するダイヤモンド生成用ガ
スの容積を５０％以下に特定することが望ましい。この
特定比が５０％を越えると膜中に非晶質炭素やグラファ
イトが増加してダイヤモンドの優れた特性を劣化させる
傾向にあり、好適には１０％以下（０を含まず）とする
のがよい。
【００１０】しかも、ダイヤモンド膜が形成される基体
は、析出中、所定範囲の温度に維持されていることが必
要であり、これにより気相成長したダイヤモンドの構造
を維持したまま基体に付着せしめ、且つ膜状に発達させ
ることができる。その基体温度は５００〜１０００℃が
よく、この範囲から外れると非晶質やグラファイトの生
成が多くなり良質なダイヤモンド膜が得られず、望まし
くは７００〜９００℃がよい。
は、析出中、所定範囲の温度に維持されていることが必
要であり、これにより気相成長したダイヤモンドの構造
を維持したまま基体に付着せしめ、且つ膜状に発達させ
ることができる。その基体温度は５００〜１０００℃が
よく、この範囲から外れると非晶質やグラファイトの生
成が多くなり良質なダイヤモンド膜が得られず、望まし
くは７００〜９００℃がよい。
【００１１】かくして、本発明によるダイヤモンド膜の
製造方法によれば、炭素を含むダイヤモンド生成用ガス
及び水素ガスを所定の量比で特定するとともに、反応室
内のガス圧を所定の範囲に設定し、且つ基体温度を所定
温度にした場合、電子サイクロトロン共鳴によって電子
と水素ガスおよびダイヤモンド生成用ガスとを衝突せし
め、効率よくプラズマが発生し、プラズマ中に多量に生
成される水素原子や水素イオンにより非晶質炭素などの
不純物の生成を抑制し、基体上に非常に結晶性に優れた
ダイヤモンド膜が形成されることになる。
製造方法によれば、炭素を含むダイヤモンド生成用ガス
及び水素ガスを所定の量比で特定するとともに、反応室
内のガス圧を所定の範囲に設定し、且つ基体温度を所定
温度にした場合、電子サイクロトロン共鳴によって電子
と水素ガスおよびダイヤモンド生成用ガスとを衝突せし
め、効率よくプラズマが発生し、プラズマ中に多量に生
成される水素原子や水素イオンにより非晶質炭素などの
不純物の生成を抑制し、基体上に非常に結晶性に優れた
ダイヤモンド膜が形成されることになる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。 実施例１ 上述した電子サイクロトロン共鳴型放電装置を使用し、
初めに、水素ガスを流量４５ｍｌ／ｍｉｎで、メタンガ
スを流量５ｍｌ／ｍｉｎで反応室（１）へ導入した。こ
れにより，反応室内の圧力を常時２×１０-4ｔｏｒｒに
設定しつつ、基体温度も８５０℃に設定した。ついで、
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を導波管（３）を介して
反応室（１）へ導入し、電子サイクロトロン共鳴プラズ
マを発生させることにより、基体（５）上に厚み３μｍ
の透明状のダイヤモンド膜を形成した。かくして得られ
たダイヤモンド膜をＸ線回折により分析したところ、ダ
イヤモンドのピークが確認でき、その存在が判明でき
た。また、このダイヤモンド膜のビッカース硬度および
電気特性を測定したところ、それぞれ、６５００ｋｇ／
ｍｍ2 および５×１０13Ω−ｃｍとなり、これらの数値
は完全なダイヤモンド結晶の特性とほぼ一致しているた
め、著しく結晶性の高いダイヤモンド膜ができたことが
わかった。
初めに、水素ガスを流量４５ｍｌ／ｍｉｎで、メタンガ
スを流量５ｍｌ／ｍｉｎで反応室（１）へ導入した。こ
れにより，反応室内の圧力を常時２×１０-4ｔｏｒｒに
設定しつつ、基体温度も８５０℃に設定した。ついで、
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を導波管（３）を介して
反応室（１）へ導入し、電子サイクロトロン共鳴プラズ
マを発生させることにより、基体（５）上に厚み３μｍ
の透明状のダイヤモンド膜を形成した。かくして得られ
たダイヤモンド膜をＸ線回折により分析したところ、ダ
イヤモンドのピークが確認でき、その存在が判明でき
た。また、このダイヤモンド膜のビッカース硬度および
電気特性を測定したところ、それぞれ、６５００ｋｇ／
ｍｍ2 および５×１０13Ω−ｃｍとなり、これらの数値
は完全なダイヤモンド結晶の特性とほぼ一致しているた
め、著しく結晶性の高いダイヤモンド膜ができたことが
わかった。
【００１３】比較例１ 前記実施例において、プラズマ発生手段としてマイクロ
波（２．４５ＧＨｚ）を用い、電子サイクロトロン共鳴
を発生させず、基体温度を９００℃に設定する以外は、
全く実施例と同様にしてダイヤモンド膜を製造した。そ
の結果、Ｘ線回折測定によれば、ダイヤモンドのピーク
は観測されたが、ビッカース硬度が４７００ｋｇ／ｍｍ
2 、電気抵抗が３×１０12Ω−ｃｍとダイヤモンド本来
の特性より硬度が低く、電気抵抗も小さいものであっ
た。
波（２．４５ＧＨｚ）を用い、電子サイクロトロン共鳴
を発生させず、基体温度を９００℃に設定する以外は、
全く実施例と同様にしてダイヤモンド膜を製造した。そ
の結果、Ｘ線回折測定によれば、ダイヤモンドのピーク
は観測されたが、ビッカース硬度が４７００ｋｇ／ｍｍ
2 、電気抵抗が３×１０12Ω−ｃｍとダイヤモンド本来
の特性より硬度が低く、電気抵抗も小さいものであっ
た。
【００１４】比較例２ 実施例１において、水素ガスを流量３０ｍｌ／ｍｉｎ
で、メタンガスを流量４０ｍｌ／ｍｉｎで反応室に導入
する以外は、全く実施例１と同様にして成膜を行った。
得られた膜についてＸ線回折測定を行ったところ、ダイ
ヤモンドのピークは検出されず、グラファイトの生成が
確認された。
で、メタンガスを流量４０ｍｌ／ｍｉｎで反応室に導入
する以外は、全く実施例１と同様にして成膜を行った。
得られた膜についてＸ線回折測定を行ったところ、ダイ
ヤモンドのピークは検出されず、グラファイトの生成が
確認された。
【００１５】また、実施例１の条件中、基体温度を１１
００℃にて成膜を行ったところ、ダイヤモンドのピーク
は検出されず、グラファイトの生成が確認された。さら
に、基体温度を２００℃に設定したところ、膜の析出は
見られなかった。
００℃にて成膜を行ったところ、ダイヤモンドのピーク
は検出されず、グラファイトの生成が確認された。さら
に、基体温度を２００℃に設定したところ、膜の析出は
見られなかった。
【００１６】
【発明の効果】上述の実施例から明らかなように、本発
明によるダイヤモンド膜の製造方法によれば、炭化水素
ガス、および水素ガスからイオン密度の高い電子サイク
ロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させたことによ
り、ダイヤモンドの合成が著しく促進され、不純物の少
ない非常に良質なダイヤモンド膜が基体上に形成できる
ようになった。
明によるダイヤモンド膜の製造方法によれば、炭化水素
ガス、および水素ガスからイオン密度の高い電子サイク
ロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させたことによ
り、ダイヤモンドの合成が著しく促進され、不純物の少
ない非常に良質なダイヤモンド膜が基体上に形成できる
ようになった。
【００１７】さらに、フィラメントなどプラズマ発生用
の熱源を使用しないためにかかる熱源の不良によってダ
イヤモンド膜の形成が阻害されず、安定した製造が維持
できるという利点も有し、その結果、量産型に相応し
た、且つ信頼性の高いダイヤモンド膜の製造方法が提供
できる。
の熱源を使用しないためにかかる熱源の不良によってダ
イヤモンド膜の形成が阻害されず、安定した製造が維持
できるという利点も有し、その結果、量産型に相応し
た、且つ信頼性の高いダイヤモンド膜の製造方法が提供
できる。
【図１】ダイヤモンド膜を形成するための電子サイクロ
トロン共鳴型放電装置の概略図である。
トロン共鳴型放電装置の概略図である。
１ 反応室 ２ 電磁石用コイル ３ 導波管 ４ ガス導入管 ５ 基体
Claims (1)
- 【請求項１】水素ガスと、炭素を含むダイヤモンド生成
用ガスからなり、これらの合計した容積に対して前記ダ
イヤモンド生成用ガスの容積が５０％以下の反応ガスを
反応室に導入するとともに、該反応室内部に電子サイク
ロトロン共鳴プラズマを発生させて、５００乃至１００
０℃に加熱された基体表面にダイヤモンドを気相成長さ
せることを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31156392A JPH0742198B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31156392A JPH0742198B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58208005A Division JPS60103098A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05262595A true JPH05262595A (ja) | 1993-10-12 |
| JPH0742198B2 JPH0742198B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=18018741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31156392A Expired - Lifetime JPH0742198B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0742198B2 (ja) |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP31156392A patent/JPH0742198B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0742198B2 (ja) | 1995-05-10 |
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