JPH0532489A - プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 - Google Patents
プラズマを用いるダイヤモンドの合成法Info
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- JPH0532489A JPH0532489A JP3212776A JP21277691A JPH0532489A JP H0532489 A JPH0532489 A JP H0532489A JP 3212776 A JP3212776 A JP 3212776A JP 21277691 A JP21277691 A JP 21277691A JP H0532489 A JPH0532489 A JP H0532489A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大面積に均一に、しかも比較的速い成長速度
でダイヤモンド合成ができる方法を提供する。 【構成】 プラズマを用いるプラズマCVD法によりダ
イヤモンドを合成するに際し、超短波域(30〜300
MHz)の電力を用いることを特徴としている。電極は平
行平板型電極2、3を用い、基板4上にダイヤモンド膜
が得られる。
でダイヤモンド合成ができる方法を提供する。 【構成】 プラズマを用いるプラズマCVD法によりダ
イヤモンドを合成するに際し、超短波域(30〜300
MHz)の電力を用いることを特徴としている。電極は平
行平板型電極2、3を用い、基板4上にダイヤモンド膜
が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波プラズマCVD法
によるダイヤモンド合成法の改良に関する。
によるダイヤモンド合成法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ダイヤ
モンドを熱力学的な準安定領域で合成する方法として、
放電によるプラズマを用いるCVD法は、現在では良く
知られた方法となっている。プラズマ発生用電源として
は、直流、低周波交流、高周波、マイクロ波が用いられ
てきたが、このうち、直流、低周波交流、高周波を用い
るダイヤモンド合成法は、熱プラズマ及びグロー・アー
ク遷移状態放電の場合を除いて、ガスの励起が弱く、ダ
イヤモンドの成長速度が遅く、また合成したダイヤモン
ド中に黒鉛や非晶質炭素が混入し易いという欠点があっ
た。一方、マイクロ波を用いた場合は、マイクロ波の波
長が短いため(2.45GHzで約12cm)、堆積面積が小
さく、広い面積の膜が形成できないといった欠点があ
る。
モンドを熱力学的な準安定領域で合成する方法として、
放電によるプラズマを用いるCVD法は、現在では良く
知られた方法となっている。プラズマ発生用電源として
は、直流、低周波交流、高周波、マイクロ波が用いられ
てきたが、このうち、直流、低周波交流、高周波を用い
るダイヤモンド合成法は、熱プラズマ及びグロー・アー
ク遷移状態放電の場合を除いて、ガスの励起が弱く、ダ
イヤモンドの成長速度が遅く、また合成したダイヤモン
ド中に黒鉛や非晶質炭素が混入し易いという欠点があっ
た。一方、マイクロ波を用いた場合は、マイクロ波の波
長が短いため(2.45GHzで約12cm)、堆積面積が小
さく、広い面積の膜が形成できないといった欠点があ
る。
【0003】マイクロ波法では、この点を改良するため
には種々の工夫が必要であり、二方向から電波を入れる
方法(M.Kamo et al, Proc.1st Int.Conf.Sci.T
ech.New Diamond,Tokyo,1988,p.183)、ホー
ン型の導波管で電波を広げる方法(K.Ishibori and
Y.Ohira, ibid. p.175)などにより、4〜5インチ
の基板への堆積が試みられているが、放電の起こる空間
領域を制御することが難しく、また堆積した膜が不均一
になり易いという欠点がある。また、堆積できる基板
も、現在のところ、5インチが最高となっている。90
0MHzのマイクロ波を用いれば、堆積面積が増大する
と思われるが、この場合は、導波管その他の必要装置が
大がかりになる。
には種々の工夫が必要であり、二方向から電波を入れる
方法(M.Kamo et al, Proc.1st Int.Conf.Sci.T
ech.New Diamond,Tokyo,1988,p.183)、ホー
ン型の導波管で電波を広げる方法(K.Ishibori and
Y.Ohira, ibid. p.175)などにより、4〜5インチ
の基板への堆積が試みられているが、放電の起こる空間
領域を制御することが難しく、また堆積した膜が不均一
になり易いという欠点がある。また、堆積できる基板
も、現在のところ、5インチが最高となっている。90
0MHzのマイクロ波を用いれば、堆積面積が増大する
と思われるが、この場合は、導波管その他の必要装置が
大がかりになる。
【0004】一方、高周波を用いる方法に関しては、1
3.56MHzまでの周波数しかダイヤモンド合成には適
用されていない。この場合、ワークコイルを用いる誘導
結合型放電では、比較的速い速度で(高温プラズマの場
合はかなり速い速度で)結晶性のダイヤモンドを合成が
できるが、大面積の成膜が難しい(例えばS.Matsumot
o, J.Mater.Sci.Lett. 4,600(1985), S.
Matsumoto et al, Appl.Phys.Lett. 51,737
(1987))。
3.56MHzまでの周波数しかダイヤモンド合成には適
用されていない。この場合、ワークコイルを用いる誘導
結合型放電では、比較的速い速度で(高温プラズマの場
合はかなり速い速度で)結晶性のダイヤモンドを合成が
できるが、大面積の成膜が難しい(例えばS.Matsumot
o, J.Mater.Sci.Lett. 4,600(1985), S.
Matsumoto et al, Appl.Phys.Lett. 51,737
(1987))。
【0005】また、平行平板型電極で高周波(13.56
MHz)を用いるダイヤモンド膜合成の試みは、成膜速度
が非常に遅いという結果しか得られていない。例えば、
P.Wod et al., Proc.1st Int.Conf. New Diamo
nd Sci.Tech, Tokyo(1988),p.167によれ
ば、シリコン上で0.04μm/hであり、モリブデン上
で0.3μm/hであるが、モリブデンの場合は炭化物の
成長速度も加算されている。
MHz)を用いるダイヤモンド膜合成の試みは、成膜速度
が非常に遅いという結果しか得られていない。例えば、
P.Wod et al., Proc.1st Int.Conf. New Diamo
nd Sci.Tech, Tokyo(1988),p.167によれ
ば、シリコン上で0.04μm/hであり、モリブデン上
で0.3μm/hであるが、モリブデンの場合は炭化物の
成長速度も加算されている。
【0006】現在、プラズマCVD法でシリコン、酸化
物その他多くの物質の成膜を行う場合、平行平板型電極
で13.56MHzの高周波を用いた装置が最も多く用い
られているが、この理由は、大面積に均一な膜が得やす
いこと、基板の設置その他の操作が簡単であること、及
び比較的扱い易い周波数の上限近くの周波数であること
にあると考えられるが、ダイヤモンド膜合成においても
平行平板型の装置を用いることができれば、上記の利点
が与えられ、また他の物質との複合膜を作る場合を考え
ると非常に有用であると考えられる。
物その他多くの物質の成膜を行う場合、平行平板型電極
で13.56MHzの高周波を用いた装置が最も多く用い
られているが、この理由は、大面積に均一な膜が得やす
いこと、基板の設置その他の操作が簡単であること、及
び比較的扱い易い周波数の上限近くの周波数であること
にあると考えられるが、ダイヤモンド膜合成においても
平行平板型の装置を用いることができれば、上記の利点
が与えられ、また他の物質との複合膜を作る場合を考え
ると非常に有用であると考えられる。
【0007】このように、ダイヤモンド膜合成において
は、大面積に比較的速く成膜する方法の開発が求められ
ていた。
は、大面積に比較的速く成膜する方法の開発が求められ
ていた。
【0008】本発明は、かゝる要請に応えるべくなされ
たものであって、プラズマCVDによるダイヤモンド合
成において大面積に均一に、しかも比較的速い成長速度
でダイヤモンド合成ができる方法を提供することを目的
とするものである。
たものであって、プラズマCVDによるダイヤモンド合
成において大面積に均一に、しかも比較的速い成長速度
でダイヤモンド合成ができる方法を提供することを目的
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは、プラズマCVDによるダイヤモンド
合成における上記従来法の欠点を解消するべく鋭意研究
を重ねた結果、超短波域の電力を放電に用いることによ
り、大面積に均一に、しかも比較的速い成長速度でダイ
ヤモンド合成が行えることを見い出し、ここに本発明を
完成したものである。
め、本発明者らは、プラズマCVDによるダイヤモンド
合成における上記従来法の欠点を解消するべく鋭意研究
を重ねた結果、超短波域の電力を放電に用いることによ
り、大面積に均一に、しかも比較的速い成長速度でダイ
ヤモンド合成が行えることを見い出し、ここに本発明を
完成したものである。
【0010】すなわち、本発明は、プラズマを用いるプ
ラズマCVD法によりダイヤモンドを合成するに際し、
超短波域(30〜300MHz)の電力を用いることを特
徴とするものである。
ラズマCVD法によりダイヤモンドを合成するに際し、
超短波域(30〜300MHz)の電力を用いることを特
徴とするものである。
【0011】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【0012】
【0013】本発明においては、有機化合物、酸化炭素
類を原料ガスとし、水素ガス、酸素ガス、及び不活性ガ
スから選ばれた単独ガス又は混合ガスを希釈ガス又は反
応ガスとして混合した気体を用いるが、この気体に超短
波域の電力を適用することによりプラズマを発生させ、
該プラズマ中で、有機化合物、酸化炭素類を分解・蒸発
・解離させて得られる気体よりダイヤモンドを析出させ
るのである。
類を原料ガスとし、水素ガス、酸素ガス、及び不活性ガ
スから選ばれた単独ガス又は混合ガスを希釈ガス又は反
応ガスとして混合した気体を用いるが、この気体に超短
波域の電力を適用することによりプラズマを発生させ、
該プラズマ中で、有機化合物、酸化炭素類を分解・蒸発
・解離させて得られる気体よりダイヤモンドを析出させ
るのである。
【0014】超短波を用いることによって大面積に均一
に成膜が行われる理由は、超短波の波長が比較的長い
(例えば、100MHzで3m)ためである。ラジオ波に
比べて速い速度でダイヤモンドが成膜できる理由は明ら
かでないが、文献(M.R.Wertheimer and M.Moisan,
J.Vac.Sci.Technol.A3(1985)2643)等か
ら考察すると、周波数が高いほど気体の励起に必要な高
エネルギーの電子の生成が多く、ダイヤモンド合成に必
要な励起種の濃度が増加するためと推定される。したが
って、上記30〜300MHzのうちでも60〜300
MHzの周波数の方がより適切である。
に成膜が行われる理由は、超短波の波長が比較的長い
(例えば、100MHzで3m)ためである。ラジオ波に
比べて速い速度でダイヤモンドが成膜できる理由は明ら
かでないが、文献(M.R.Wertheimer and M.Moisan,
J.Vac.Sci.Technol.A3(1985)2643)等か
ら考察すると、周波数が高いほど気体の励起に必要な高
エネルギーの電子の生成が多く、ダイヤモンド合成に必
要な励起種の濃度が増加するためと推定される。したが
って、上記30〜300MHzのうちでも60〜300
MHzの周波数の方がより適切である。
【0015】図1は、本発明の方法に用いる装置の一例
で、平行平板電極を持つ装置の摸式的断面図である。反
応室1内には、平行平板電極2、3が配置されており、
図示の場合は上部電極2が電力供給側電極で、下部電極
3が接地側となっているが、上下を逆にすることもでき
る。各電極は水冷或いはヒーターによる加熱ができるよ
うになっている。電極材質はステンレス等の金属や黒鉛
等が用いられる。基板4は図示の場合は接地側電極上に
置かれているが、電力供給側電極上に置くこともでき
る。ガスは、ガス供給装置5より、基板設置側と反対側
の電極を通して流し、排気量調節バルブ7を通じて排気
装置8により排気される。電極間の間隔はガス圧力その
他の条件に応じて変化できるようになっている。
で、平行平板電極を持つ装置の摸式的断面図である。反
応室1内には、平行平板電極2、3が配置されており、
図示の場合は上部電極2が電力供給側電極で、下部電極
3が接地側となっているが、上下を逆にすることもでき
る。各電極は水冷或いはヒーターによる加熱ができるよ
うになっている。電極材質はステンレス等の金属や黒鉛
等が用いられる。基板4は図示の場合は接地側電極上に
置かれているが、電力供給側電極上に置くこともでき
る。ガスは、ガス供給装置5より、基板設置側と反対側
の電極を通して流し、排気量調節バルブ7を通じて排気
装置8により排気される。電極間の間隔はガス圧力その
他の条件に応じて変化できるようになっている。
【0016】この装置の操作手順は以下のとおりであ
る。まず、排気装置8により反応室1を真空にした後、
ガス流量調整バルブ6を通じて反応ガスを供給し、排気
量調節バルブ7を調節し、所定の圧力とした後(プラズ
マの点火しにくい時はより低い圧力で)、電極2に超短
波電力を供給してプラズマを発生させ、基体上にダイヤ
モンドを析出させる。
る。まず、排気装置8により反応室1を真空にした後、
ガス流量調整バルブ6を通じて反応ガスを供給し、排気
量調節バルブ7を調節し、所定の圧力とした後(プラズ
マの点火しにくい時はより低い圧力で)、電極2に超短
波電力を供給してプラズマを発生させ、基体上にダイヤ
モンドを析出させる。
【0017】図1に示した形式の装置のほか、図2及び
図3に示すような装置も利用できる。図2は反応室1が
ガラス製で、放電電極2、3を反応室の外に置いた場合
であり、図3は同じくガラス製の反応室1にリング状の
電極2、3を取り付けたもので、いずれの装置でも対向
電極型容量性結合で放電が行われる。
図3に示すような装置も利用できる。図2は反応室1が
ガラス製で、放電電極2、3を反応室の外に置いた場合
であり、図3は同じくガラス製の反応室1にリング状の
電極2、3を取り付けたもので、いずれの装置でも対向
電極型容量性結合で放電が行われる。
【0018】平行平板電極により放電は、対向電極型容
量性結合放電の一種であるが、放電の均一性、したがっ
て、均一な膜を得るためにはより優れている。図2及び
図3の対向電極型容量性結合放電は反応器や被コーティ
ング物の形状への対応の柔軟性において優れている。
量性結合放電の一種であるが、放電の均一性、したがっ
て、均一な膜を得るためにはより優れている。図2及び
図3の対向電極型容量性結合放電は反応器や被コーティ
ング物の形状への対応の柔軟性において優れている。
【0019】なお、用いるガスの種類は原料ガスとし
て、有機化合物及び一酸化炭素や二酸化炭素の酸化炭素
が用いられる。有機化合物としては、炭化水素の他に、
アルコール等の酸素を含む有機化合物、アミン、アミド
等の窒素を含む有機化合物、塩化メチル、クロロホルム
等のハロゲンを含む有機化合物、チオフェンなどの硫黄
を含む有機化合物、ホスフィン等の燐を含む有機化合物
等も用いられる。原料ガスに混合する反応ガス或いは希
釈ガスとして水素、酸素、ハロゲン、アルゴン、ヘリウ
ム等が単独或いは混合して用いられる。
て、有機化合物及び一酸化炭素や二酸化炭素の酸化炭素
が用いられる。有機化合物としては、炭化水素の他に、
アルコール等の酸素を含む有機化合物、アミン、アミド
等の窒素を含む有機化合物、塩化メチル、クロロホルム
等のハロゲンを含む有機化合物、チオフェンなどの硫黄
を含む有機化合物、ホスフィン等の燐を含む有機化合物
等も用いられる。原料ガスに混合する反応ガス或いは希
釈ガスとして水素、酸素、ハロゲン、アルゴン、ヘリウ
ム等が単独或いは混合して用いられる。
【0020】反応室のガス圧は、10-3〜400Torr
を用いることができるが、反応速度の速さ及びプラズマ
の均一性のコントロールの両面から10-1〜50Torr
が適当である。
を用いることができるが、反応速度の速さ及びプラズマ
の均一性のコントロールの両面から10-1〜50Torr
が適当である。
【0021】基板としては、モリブデン、ステンレス等
の金属、シリコン等の半導体、アルミナ等のセラミック
ス、或いはダイヤモンド単結晶等、いずれでも用いるこ
とができる。基板温度は350〜1200℃の範囲でダ
イヤモンドが成長する。
の金属、シリコン等の半導体、アルミナ等のセラミック
ス、或いはダイヤモンド単結晶等、いずれでも用いるこ
とができる。基板温度は350〜1200℃の範囲でダ
イヤモンドが成長する。
【0022】次に本発明の実施例を示す。
【0023】
【実施例1】図1に示した形の装置において、水素27
0ml/min、メタン30ml/minの混合ガスを流しなが
ら、ガス圧0.1Torrにて144MHz、出力1.8Kw
の超短波を用い、プラズマCVDを行うことによって、
3時間後に8インチのシリコン基板上に膜厚約0.5μm
のダイヤモンド膜を得た。ダイヤモンドとしての構造は
X線回折及びラマン散乱分光により確かめられた。成長
中の基板温度は860℃であった。
0ml/min、メタン30ml/minの混合ガスを流しなが
ら、ガス圧0.1Torrにて144MHz、出力1.8Kw
の超短波を用い、プラズマCVDを行うことによって、
3時間後に8インチのシリコン基板上に膜厚約0.5μm
のダイヤモンド膜を得た。ダイヤモンドとしての構造は
X線回折及びラマン散乱分光により確かめられた。成長
中の基板温度は860℃であった。
【0024】
【実施例2】図1に示した形の装置において、基板を電
力供給側電極上に置き、水素950ml/min、メタン5
0ml/minの混合ガスを流しながら、ガス圧2Torrにて
100MHz、出力3Kwの超短波を用い、プラズマCV
Dを行うことによって、1.5時間後に8インチのシリ
コン基板上に膜厚約1μmのダイヤモンド膜を得た。成
長中の基板温度は900℃であった。
力供給側電極上に置き、水素950ml/min、メタン5
0ml/minの混合ガスを流しながら、ガス圧2Torrにて
100MHz、出力3Kwの超短波を用い、プラズマCV
Dを行うことによって、1.5時間後に8インチのシリ
コン基板上に膜厚約1μmのダイヤモンド膜を得た。成
長中の基板温度は900℃であった。
【0025】
【実施例3】図2に示した形の装置において、水素0.
95l/min、メタン50ml/minの混合ガスを流しなが
らガス圧0.5Torrにて、100MHz、電力2.5Kw
の超短波を用い、プラズマCVDを4時間行うことによ
って、5インチのモリブデン基板上に膜厚約1μmのダ
イヤモンド膜を得た。成長中の基板温度は850℃であ
った。
95l/min、メタン50ml/minの混合ガスを流しなが
らガス圧0.5Torrにて、100MHz、電力2.5Kw
の超短波を用い、プラズマCVDを4時間行うことによ
って、5インチのモリブデン基板上に膜厚約1μmのダ
イヤモンド膜を得た。成長中の基板温度は850℃であ
った。
【0026】
【発明の効果】維持用説明したように、本発明によれ
ば、簡単な電極構造で広い面積に均一に、しかも比較的
速い速度でダイヤモンドの析出を行うことができるとい
う優れた効果が得られる。
ば、簡単な電極構造で広い面積に均一に、しかも比較的
速い速度でダイヤモンドの析出を行うことができるとい
う優れた効果が得られる。
【図1】本発明に用い得る装置の概略図で、平行平板型
の場合を示している。
の場合を示している。
【図2】本発明に用い得る装置の概略図で、対向型電極
を反応室の外側に置いた型の場合を示している。
を反応室の外側に置いた型の場合を示している。
【図3】本発明に用い得る装置の概略図で、リング型の
電極を同じく反応室の外側に置いた型の場合を示してい
る。
電極を同じく反応室の外側に置いた型の場合を示してい
る。
【符号の説明】
1 反応室
2 放電用電極
3 放電用電極
4 基板
5 ガス供給装置
6 ガス流量調整バルブ
7 排気速度調整バルブ
8 排気装置
9 電源
10 整合器
11 電波シールド
Claims (3)
- 【請求項1】 プラズマを用いるプラズマCVD法によ
りダイヤモンドを合成するに際し、超短波域(30〜3
00MHz)の電力を用いることを特徴とするダイヤモン
ド合成法。 - 【請求項2】 対向電極型容量性結合放電を用いる請求
項1に記載のダイヤモンド合成法。 - 【請求項3】 平行平板型電極を用いる請求項2に記載
のダイヤモンド合成法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3212776A JPH0742197B2 (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3212776A JPH0742197B2 (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0532489A true JPH0532489A (ja) | 1993-02-09 |
JPH0742197B2 JPH0742197B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=16628206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3212776A Expired - Lifetime JPH0742197B2 (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0742197B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07307200A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Nec Corp | プラズマ処理装置 |
EP0693575A1 (en) * | 1994-07-18 | 1996-01-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming diamond film |
US5607560A (en) * | 1993-03-25 | 1997-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Diamond crystal forming method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03131597A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-05 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンドの合成方法 |
-
1991
- 1991-07-30 JP JP3212776A patent/JPH0742197B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03131597A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-05 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンドの合成方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5607560A (en) * | 1993-03-25 | 1997-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Diamond crystal forming method |
JPH07307200A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Nec Corp | プラズマ処理装置 |
EP0693575A1 (en) * | 1994-07-18 | 1996-01-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming diamond film |
US5720808A (en) * | 1994-07-18 | 1998-02-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming diamond film |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0742197B2 (ja) | 1995-05-10 |
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