JPH05345695A - Ｃｖｄダイヤモンド反応器用プレヒーター - Google Patents
Ｃｖｄダイヤモンド反応器用プレヒーターInfo
- Publication number
- JPH05345695A JPH05345695A JP5037836A JP3783693A JPH05345695A JP H05345695 A JPH05345695 A JP H05345695A JP 5037836 A JP5037836 A JP 5037836A JP 3783693 A JP3783693 A JP 3783693A JP H05345695 A JPH05345695 A JP H05345695A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction chamber
- gas mixture
- heating
- substrate
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/271—Diamond only using hot filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
- C23C16/452—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by activating reactive gas streams before their introduction into the reaction chamber, e.g. by ionisation or addition of reactive species
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 化学蒸着（ＣＶＤ）技術を使用してダイヤモ
ンドを製造するためのフィラメント反応器が提供され
る。 【構成】 この反応器は、少なくともひとつのガス導入
口と少なくともひとつの排気口をもつ閉鎖された反応チ
ャンバ、この反応チャンバ内に配置されたふたつの基
板、およびこれらの基板間に位置する複数のフィラメン
トの形態の抵抗加熱デバイスを含んでいる。反応チャン
バに入るガス混合物を加熱するためのプレヒーターユニ
ットがガス導入口に近接して設けられている。ガス混合
物を予熱することによって、基板の温度と炭化水素化学
種の流れの濃度が比較的均一に保たれ、したがって均一
な厚さの高品質ダイヤモンドが確実に得られる。プレヒ
ーターは抵抗加熱エレメントを巻き付けた熱伝導率の高
い金属製の蛇管とすることができる。
ンドを製造するためのフィラメント反応器が提供され
る。 【構成】 この反応器は、少なくともひとつのガス導入
口と少なくともひとつの排気口をもつ閉鎖された反応チ
ャンバ、この反応チャンバ内に配置されたふたつの基
板、およびこれらの基板間に位置する複数のフィラメン
トの形態の抵抗加熱デバイスを含んでいる。反応チャン
バに入るガス混合物を加熱するためのプレヒーターユニ
ットがガス導入口に近接して設けられている。ガス混合
物を予熱することによって、基板の温度と炭化水素化学
種の流れの濃度が比較的均一に保たれ、したがって均一
な厚さの高品質ダイヤモンドが確実に得られる。プレヒ
ーターは抵抗加熱エレメントを巻き付けた熱伝導率の高
い金属製の蛇管とすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド結晶の核
形成と成長のための改良された化学蒸着（ＣＶＤ）装置
に係り、特に装置に入って来る原料の流れを加熱するた
めのプレヒーターを有するＣＶＤ装置に関する。
形成と成長のための改良された化学蒸着（ＣＶＤ）装置
に係り、特に装置に入って来る原料の流れを加熱するた
めのプレヒーターを有するＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドの各種合成法が知られてい
る。ひとつの方法はＣＶＤ技術を利用するものである。
このプロセスでは水素とメタンのような炭化水素とのガ
ス混合物を原料として使用する。このガス混合物を適切
な解離温度に加熱すると、水素が原子状水素に変換され
ると共に炭化水素が中間体としてのいろいろな炭化水素
ラジカル（たとえば、メタンを使用した場合、ＣＨ3 、
ＣＨ2 、ＣＨなど）に変換される。水素原子と炭化水素
ラジカル種の流れが衝突するように基板を用意・配置す
る。この基板を、その上に付着した炭化水素ラジカルか
らのダイヤモンドの核形成と成長を促進する温度に維持
する。均一な厚みをもつ高品質ダイヤモンドを得るため
には、基板の温度と、この基板に衝突する水素原子およ
び炭化水素種の流れをできるだけ均一に保つ必要があ
る。
る。ひとつの方法はＣＶＤ技術を利用するものである。
このプロセスでは水素とメタンのような炭化水素とのガ
ス混合物を原料として使用する。このガス混合物を適切
な解離温度に加熱すると、水素が原子状水素に変換され
ると共に炭化水素が中間体としてのいろいろな炭化水素
ラジカル（たとえば、メタンを使用した場合、ＣＨ3 、
ＣＨ2 、ＣＨなど）に変換される。水素原子と炭化水素
ラジカル種の流れが衝突するように基板を用意・配置す
る。この基板を、その上に付着した炭化水素ラジカルか
らのダイヤモンドの核形成と成長を促進する温度に維持
する。均一な厚みをもつ高品質ダイヤモンドを得るため
には、基板の温度と、この基板に衝突する水素原子およ
び炭化水素種の流れをできるだけ均一に保つ必要があ
る。
【０００３】図１Ａと１Ｂに、ＣＶＤ技術を使用してダ
イヤモンドを製造する従来の装置１０（以後、「フィラ
メント反応器」と称する）を示す。図１Ａと１Ｂのフィ
ラメント反応器１０は、ガス導入口１４と排気口１６を
有する反応チャンバ１２からなる。この反応チャンバ１
２の中には、２つの基板１８が互いに間隔をもって平行
に配置されている。この２つの基板１８の間の空間には
複数の加熱フィラメント２０がある。これらのフィラメ
ント２０は一対の電極２２に接続されており、これら電
極自体は電源（図示してない）に接続されている。電源
を作動させると、電極とフィラメントを通る電流が流れ
て熱が発生する。水素／炭化水素ガス混合物をガス導入
口１４から反応チャンバ１２中に流し、また２つの基板
間に流す。フィラメント２０には、このフィラメント２
０を必要な温度に加熱するのに充分な電流が電源から供
給される。
イヤモンドを製造する従来の装置１０（以後、「フィラ
メント反応器」と称する）を示す。図１Ａと１Ｂのフィ
ラメント反応器１０は、ガス導入口１４と排気口１６を
有する反応チャンバ１２からなる。この反応チャンバ１
２の中には、２つの基板１８が互いに間隔をもって平行
に配置されている。この２つの基板１８の間の空間には
複数の加熱フィラメント２０がある。これらのフィラメ
ント２０は一対の電極２２に接続されており、これら電
極自体は電源（図示してない）に接続されている。電源
を作動させると、電極とフィラメントを通る電流が流れ
て熱が発生する。水素／炭化水素ガス混合物をガス導入
口１４から反応チャンバ１２中に流し、また２つの基板
間に流す。フィラメント２０には、このフィラメント２
０を必要な温度に加熱するのに充分な電流が電源から供
給される。
【０００４】これらのフィラメント２０は、ガス混合物
を解離温度に加熱すると共に、基板をダイヤモンド結晶
の核形成と成長に役立つ狭い温度範囲に加熱しなければ
ならない。対流および拡散による熱伝達、輻射、発熱性
の水素原子再結合ならびに大きい密度変化という複雑な
条件の下でこれら２つの目的を達するにはフィラメント
の温度を高精度に制御しなければならない。これは特に
従来のフィラメント反応器の場合重要である。というの
は、反応チャンバ１２に入ってくるガス混合物は室温で
あり、フィラメントの温度よりかなり低いからである。
を解離温度に加熱すると共に、基板をダイヤモンド結晶
の核形成と成長に役立つ狭い温度範囲に加熱しなければ
ならない。対流および拡散による熱伝達、輻射、発熱性
の水素原子再結合ならびに大きい密度変化という複雑な
条件の下でこれら２つの目的を達するにはフィラメント
の温度を高精度に制御しなければならない。これは特に
従来のフィラメント反応器の場合重要である。というの
は、反応チャンバ１２に入ってくるガス混合物は室温で
あり、フィラメントの温度よりかなり低いからである。
【０００５】導入されるガス混合物の温度が比較的低い
と他の問題も生じる。冷たいガス混合物がフィラメント
２０の上を（図１Ａで左から右へ）通過するとき、この
混合物は後部（最も右側）のフィラメントより前部（最
も左側）のフィラメントからより多くの熱を吸収する。
後部のフィラメントからガスに伝達される熱は少ないの
で、基板１８の後半部は前半部より多く加熱され、その
ため基板に温度勾配が生じる。このような温度勾配があ
ると最終的に基板上に生成するダイヤモンドの厚みが不
均一になり、しばしば製品の商品価値に悪影響を与える
までになる。
と他の問題も生じる。冷たいガス混合物がフィラメント
２０の上を（図１Ａで左から右へ）通過するとき、この
混合物は後部（最も右側）のフィラメントより前部（最
も左側）のフィラメントからより多くの熱を吸収する。
後部のフィラメントからガスに伝達される熱は少ないの
で、基板１８の後半部は前半部より多く加熱され、その
ため基板に温度勾配が生じる。このような温度勾配があ
ると最終的に基板上に生成するダイヤモンドの厚みが不
均一になり、しばしば製品の商品価値に悪影響を与える
までになる。
【０００６】また、ガス導入温度とフィラメント温度の
差が大きいために別の問題も生じる。冷たいガス混合物
が２つの基板１８の間のフィラメント２０に衝突する
と、そのガス混合物は室温から２０００℃程度の温度ま
で急激に加熱される。この急激な温度上昇により、２つ
の基板間の空間で大きな体積膨脹が起こる。この体積膨
脹により圧力降下が起こり、そうするとガス混合物の流
れは基板間の領域を回避して迂回する傾向が生じ、その
結果その領域から新鮮な水素／炭化水素ガス混合物が失
われる。この喪失により、水素原子と炭化水素化学種の
濃度が不均一になり、その結果ダイヤモンドの生産性お
よび品質が損なわれる。
差が大きいために別の問題も生じる。冷たいガス混合物
が２つの基板１８の間のフィラメント２０に衝突する
と、そのガス混合物は室温から２０００℃程度の温度ま
で急激に加熱される。この急激な温度上昇により、２つ
の基板間の空間で大きな体積膨脹が起こる。この体積膨
脹により圧力降下が起こり、そうするとガス混合物の流
れは基板間の領域を回避して迂回する傾向が生じ、その
結果その領域から新鮮な水素／炭化水素ガス混合物が失
われる。この喪失により、水素原子と炭化水素化学種の
濃度が不均一になり、その結果ダイヤモンドの生産性お
よび品質が損なわれる。
【０００７】
【発明の概要】したがって、本発明の目的は、導入ガス
の冷たい温度に伴う上記の問題を回避するフィラメント
反応器を提供することである。特に、本発明の目的は、
導入ガスの温度を上げるプレヒーターユニットをもった
フィラメント反応器を提供することである。
の冷たい温度に伴う上記の問題を回避するフィラメント
反応器を提供することである。特に、本発明の目的は、
導入ガスの温度を上げるプレヒーターユニットをもった
フィラメント反応器を提供することである。
【０００８】さらに、本発明の目的は、基体（基板）全
体で均一な温度を維持することである。また、本発明の
別の目的は、基板間のガス混合物の体積膨脹を最小限に
抑えることである。本発明の以上の目的およびその他の
目的は、本発明において、少なくともひとつのガス導入
口と少なくともひとつの排気口とを備えて閉鎖された反
応チャンバ、この反応チャンバ内に配置された少なくと
もひとつまたはふたつの基板、これら基板に近接して位
置する複数の抵抗加熱フィラメント、およびガス導入口
を通って反応チャンバ内に入るガス混合物を加熱するた
めにガス導入口近くに位置するプレヒーターユニットを
有するフィラメント反応器を提供することによって達成
される。プレヒーターユニットは、高い熱伝導率を有す
る金属から製造され抵抗加熱エレメントを巻き付けた蛇
管、または誘導高周波結合ガラス管からなることができ
る。
体で均一な温度を維持することである。また、本発明の
別の目的は、基板間のガス混合物の体積膨脹を最小限に
抑えることである。本発明の以上の目的およびその他の
目的は、本発明において、少なくともひとつのガス導入
口と少なくともひとつの排気口とを備えて閉鎖された反
応チャンバ、この反応チャンバ内に配置された少なくと
もひとつまたはふたつの基板、これら基板に近接して位
置する複数の抵抗加熱フィラメント、およびガス導入口
を通って反応チャンバ内に入るガス混合物を加熱するた
めにガス導入口近くに位置するプレヒーターユニットを
有するフィラメント反応器を提供することによって達成
される。プレヒーターユニットは、高い熱伝導率を有す
る金属から製造され抵抗加熱エレメントを巻き付けた蛇
管、または誘導高周波結合ガラス管からなることができ
る。
【０００９】本発明のその他の目的と利点は、以下の詳
細な説明および添付の図面を参照すると明らかになろ
う。
細な説明および添付の図面を参照すると明らかになろ
う。
【００１０】
【詳細な説明】本発明の主題は明細書冒頭の特許請求の
範囲に記載した通りである。しかし、本発明は、添付の
図面と共に以下の詳細な説明を参照すると最もよく理解
することができる。図２に、本発明のフィラメント反応
器１１０を示す。この反応器は図１Ａと１Ｂに示した従
来のデバイス１０の基本要素を含んでいる。すなわち、
フィラメント反応器１１０は、ガス導入口１１４と排気
口１１６を有する反応チャンバ１１２、２つの基板１１
８、ならびに２つの電極１２２とその間に接続された複
数の加熱フィラメント１２０とを有する抵抗加熱手段を
含んでいる。電極１２２は電源（図示してない）に接続
され、この電源は、作動したとき、フィラメントに熱を
生じさせるような電流を発生する。反応チャンバ１１２
は、大気圧未満の圧力に維持することが可能な気密の容
器であり、約１０００℃程度の温度に耐え得る高温耐性
材料で構築される。この目的に適した非導電性の耐熱材
料の好例は石英である。
範囲に記載した通りである。しかし、本発明は、添付の
図面と共に以下の詳細な説明を参照すると最もよく理解
することができる。図２に、本発明のフィラメント反応
器１１０を示す。この反応器は図１Ａと１Ｂに示した従
来のデバイス１０の基本要素を含んでいる。すなわち、
フィラメント反応器１１０は、ガス導入口１１４と排気
口１１６を有する反応チャンバ１１２、２つの基板１１
８、ならびに２つの電極１２２とその間に接続された複
数の加熱フィラメント１２０とを有する抵抗加熱手段を
含んでいる。電極１２２は電源（図示してない）に接続
され、この電源は、作動したとき、フィラメントに熱を
生じさせるような電流を発生する。反応チャンバ１１２
は、大気圧未満の圧力に維持することが可能な気密の容
器であり、約１０００℃程度の温度に耐え得る高温耐性
材料で構築される。この目的に適した非導電性の耐熱材
料の好例は石英である。
【００１１】本発明は基板をひとつだけ使用しても実施
することができるが、ガス混合物の解離によって生じる
炭化水素種の流れを充分に利用するためには基板をふた
つ使用するのが好ましい。基板１１８は、通常平面状で
あり（もっとも、多少曲がっていてもよい）、ある間隔
をもって離れた平行関係に配列される。この基板１１８
は、炭素の蒸着に適しており、しかも約７００〜１００
０℃というダイヤモンドの蒸着に最適な温度範囲の温度
に耐えることができる材料ならどんなものから作成して
もよい。適切な基板材料はモリブデンである。
することができるが、ガス混合物の解離によって生じる
炭化水素種の流れを充分に利用するためには基板をふた
つ使用するのが好ましい。基板１１８は、通常平面状で
あり（もっとも、多少曲がっていてもよい）、ある間隔
をもって離れた平行関係に配列される。この基板１１８
は、炭素の蒸着に適しており、しかも約７００〜１００
０℃というダイヤモンドの蒸着に最適な温度範囲の温度
に耐えることができる材料ならどんなものから作成して
もよい。適切な基板材料はモリブデンである。
【００１２】基板１１８の間には、基板と平行に、かつ
基板から等しい間隔のところにフィラメント１２０があ
る。このフィラメント１２０は、ガス混合物を充分に加
熱するために２０００℃程度の温度を持続できなければ
ならない。フィラメント１２０はまた、基板１１８を約
７００〜１０００℃の範囲の最適な蒸着温度に加熱しな
ければならないので、基板１１８を過熱しないように基
板から適当な間隔をもって離れている。フィラメントの
数と組成は本発明にとって特に重要なものではない。必
要に応じて任意の数のフィラメントを使用することがで
きるし、公知のいかなるフィラメント材も使用可能であ
る。適当な材料の例はタングステン、タンタル、モリブ
デンおよびレニウムである。
基板から等しい間隔のところにフィラメント１２０があ
る。このフィラメント１２０は、ガス混合物を充分に加
熱するために２０００℃程度の温度を持続できなければ
ならない。フィラメント１２０はまた、基板１１８を約
７００〜１０００℃の範囲の最適な蒸着温度に加熱しな
ければならないので、基板１１８を過熱しないように基
板から適当な間隔をもって離れている。フィラメントの
数と組成は本発明にとって特に重要なものではない。必
要に応じて任意の数のフィラメントを使用することがで
きるし、公知のいかなるフィラメント材も使用可能であ
る。適当な材料の例はタングステン、タンタル、モリブ
デンおよびレニウムである。
【００１３】本発明の改良点はプレヒーターユニット１
３０を含ませたことである。図２ではプレヒーターユニ
ットが反応チャンバ１１２の中に封入されているがこれ
は必須ではない。プレヒーターユニット１３０はガス導
入口１１４の近くに位置していて、ガス混合物は反応チ
ャンバ１１２に入る際（または入ったら）このプレヒー
ターユニットによって加熱される。ガス混合物を予熱す
る温度はケースバイケースで試行錯誤によって最適化す
るが、通常は基板１１８の最適ダイヤモンド蒸着温度
（約７００〜１０００℃の範囲）と同等である。こうし
て、ガス混合物が基板１１８の温度に近い温度に予熱さ
れるので、フィラメント１２０はガス混合物を室温から
ではなく約７００〜１０００℃から約２０００℃の温度
まで加熱するだけである。温度上昇が少なめなため、基
板１１８間の体積膨脹も小さめになる。したがって、新
鮮なガス混合物が基板間の領域を迂回して炭化水素種の
流れが喪失するという問題がほとんど回避される。ま
た、この温度差を小さくしたことにより最前方のフィラ
メントの不均衡な加熱負荷が低減するので不均一な基板
温度の問題も大いに軽減される。
３０を含ませたことである。図２ではプレヒーターユニ
ットが反応チャンバ１１２の中に封入されているがこれ
は必須ではない。プレヒーターユニット１３０はガス導
入口１１４の近くに位置していて、ガス混合物は反応チ
ャンバ１１２に入る際（または入ったら）このプレヒー
ターユニットによって加熱される。ガス混合物を予熱す
る温度はケースバイケースで試行錯誤によって最適化す
るが、通常は基板１１８の最適ダイヤモンド蒸着温度
（約７００〜１０００℃の範囲）と同等である。こうし
て、ガス混合物が基板１１８の温度に近い温度に予熱さ
れるので、フィラメント１２０はガス混合物を室温から
ではなく約７００〜１０００℃から約２０００℃の温度
まで加熱するだけである。温度上昇が少なめなため、基
板１１８間の体積膨脹も小さめになる。したがって、新
鮮なガス混合物が基板間の領域を迂回して炭化水素種の
流れが喪失するという問題がほとんど回避される。ま
た、この温度差を小さくしたことにより最前方のフィラ
メントの不均衡な加熱負荷が低減するので不均一な基板
温度の問題も大いに軽減される。
【００１４】プレヒーターユニット１３０は数グラム／
秒程度の流量のガス混合物を充分に加熱することができ
る公知の加熱デバイスのいかなるものでもよい。プレヒ
ーターユニット１３０の好ましいひとつの具体例は熱伝
導率の高い金属からできた蛇管１３２である。この金属
管１３２の一端はガス導入口１１４と位置合わせされて
いて、この導入口１１４を介して反応チャンバに入って
来るガス混合物が主にこの管１３２の中に入って行くよ
うになっている。この管１３２の他端はフィラメント１
２０と基板１１８の方向を向いているので、この管を出
たガスはこれらのエレメントの上を通過する。蛇管１３
２の回りには電気抵抗加熱エレメント１３４が巻き付け
てあり、電源（図示してない）に接続されている。電源
のスイッチを入れると、この加熱エレメントが金属管１
３２を加熱し、この蛇管は熱伝導率が高いのでその熱を
すぐにその中のガスに伝達する。
秒程度の流量のガス混合物を充分に加熱することができ
る公知の加熱デバイスのいかなるものでもよい。プレヒ
ーターユニット１３０の好ましいひとつの具体例は熱伝
導率の高い金属からできた蛇管１３２である。この金属
管１３２の一端はガス導入口１１４と位置合わせされて
いて、この導入口１１４を介して反応チャンバに入って
来るガス混合物が主にこの管１３２の中に入って行くよ
うになっている。この管１３２の他端はフィラメント１
２０と基板１１８の方向を向いているので、この管を出
たガスはこれらのエレメントの上を通過する。蛇管１３
２の回りには電気抵抗加熱エレメント１３４が巻き付け
てあり、電源（図示してない）に接続されている。電源
のスイッチを入れると、この加熱エレメントが金属管１
３２を加熱し、この蛇管は熱伝導率が高いのでその熱を
すぐにその中のガスに伝達する。
【００１５】他の加熱装置も可能である。たとえば、金
属物質と望ましくない反応を起こす成分を含むガス混合
物を使用するのであれば金属管１３２はうまくないであ
ろう。そのような場合は、誘導高周波結合ガラス管から
なるプレヒーターユニットを使用することができるであ
ろう。作動の際は、反応チャンバ１１２を約１０トル程
度の圧力に保つ。水素と炭化水素（混合物全体の約２〜
５％の量で存在するメタンであることが最も多い）のガ
ス混合物を、ガス導入口１１４を介して反応チャンバ１
１２に導入する。ガス混合物はプレヒーターユニット１
３０を通過して約７００〜１０００℃の範囲の温度に加
熱される。一方、電極１２２とフィラメント１２０に電
流を流してフィラメントを少なくとも約２０００℃の温
度に加熱する。この熱フィラメントは、基板１１８をそ
の最適ダイヤモンド蒸着温度（すなわち、約７００〜１
０００℃の範囲）に維持する。予熱されたガス混合物の
流れは熱フィラメントと接触し、解離温度までさらに加
熱される。その結果生じた炭化水素種が基板上に付着す
る。ガス混合物が予熱されているため、基板の温度と炭
化水素種の流れの濃度が比較的均一に保たれ、ダイヤモ
ンドの良好な核形成と成長が促進される。
属物質と望ましくない反応を起こす成分を含むガス混合
物を使用するのであれば金属管１３２はうまくないであ
ろう。そのような場合は、誘導高周波結合ガラス管から
なるプレヒーターユニットを使用することができるであ
ろう。作動の際は、反応チャンバ１１２を約１０トル程
度の圧力に保つ。水素と炭化水素（混合物全体の約２〜
５％の量で存在するメタンであることが最も多い）のガ
ス混合物を、ガス導入口１１４を介して反応チャンバ１
１２に導入する。ガス混合物はプレヒーターユニット１
３０を通過して約７００〜１０００℃の範囲の温度に加
熱される。一方、電極１２２とフィラメント１２０に電
流を流してフィラメントを少なくとも約２０００℃の温
度に加熱する。この熱フィラメントは、基板１１８をそ
の最適ダイヤモンド蒸着温度（すなわち、約７００〜１
０００℃の範囲）に維持する。予熱されたガス混合物の
流れは熱フィラメントと接触し、解離温度までさらに加
熱される。その結果生じた炭化水素種が基板上に付着す
る。ガス混合物が予熱されているため、基板の温度と炭
化水素種の流れの濃度が比較的均一に保たれ、ダイヤモ
ンドの良好な核形成と成長が促進される。
【００１６】以上、ＣＶＤ技術を使用してダイヤモンド
を製造するための改良されたフィラメント反応器につい
て説明した。本発明の装置では、原料のガス混合物を予
熱することによって、均一な厚みで従来より良好な品質
のダイヤモンドが製造される。本発明の特定具体例につ
いて説明したが、特許請求の範囲に定義した本発明の思
想と範囲から逸脱することなくさまざまな修正・変更を
なし得ることが当業者には明らかであろう。
を製造するための改良されたフィラメント反応器につい
て説明した。本発明の装置では、原料のガス混合物を予
熱することによって、均一な厚みで従来より良好な品質
のダイヤモンドが製造される。本発明の特定具体例につ
いて説明したが、特許請求の範囲に定義した本発明の思
想と範囲から逸脱することなくさまざまな修正・変更を
なし得ることが当業者には明らかであろう。
【図１】図１Ａは、従来のフィラメント反応器の断面側
面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩ−Ｉ線に沿ってみた
従来のフィラメント反応器の断面図である。
面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩ−Ｉ線に沿ってみた
従来のフィラメント反応器の断面図である。
【図２】図２は、本発明のフィラメント反応器の断面側
面図である。
面図である。
１１０ 本発明のフィラメント反応器、 １１２ 反応チャンバ、 １１４ ガス導入口、 １１６ 排気口、 １１８ 基板、 １２０ 加熱フィラメント、 １２２ 電極、 １３０ プレヒーターユニット、 １３２ 蛇管、 １３４ 電気抵抗加熱エレメント。
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくともひとつのガス導入口を有する
閉鎖された反応チャンバと、 前記反応チャンバ内に配置された少なくともひとつの基
体と、 前記少なくともひとつの基体に近接して位置する加熱手
段と、 前記少なくともひとつのガス導入口から入るガスを加熱
するためのプレヒーター手段とを含む、化学蒸着により
ダイヤモンドを製造するための装置。 - 【請求項２】 前記加熱手段が少なくともひとつのフィ
ラメントヒーターからなる、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記加熱手段が複数のフィラメントヒー
ターからなる、請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記プレヒーター手段が、前記ガス導入
口に対して位置合わせされた一端を有する金属製蛇管と
この管の回りに巻き付けた抵抗加熱エレメントとからな
る、請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 さらに前記反応チャンバ内に配置された
第二の基体も含んでおり、前記加熱手段がふたつの基体
の間に配置されている、請求項１記載の装置。 - 【請求項６】 前記プレヒーター手段が、前記基体の温
度にほぼ等しい温度にガスを加熱する手段からなる、請
求項１記載の装置。 - 【請求項７】 少なくともひとつの基体を内部に有する
反応チャンバを準備し、 水素／炭化水素ガス混合物を前記反応チャンバ中に導入
し、 前記ガス混合物が前記反応チャンバに入るときにそれを
予熱し、 前記基体を所定の温度に加熱し、 前記ガス混合物を前記基体上に通すと共に前記ガス混合
物をその解離温度に加熱する工程を含む、化学蒸着によ
りダイヤモンドを製造する方法。 - 【請求項８】 前記ガス混合物を予熱する前記工程が、
前記ガス混合物を前記所定の温度に加熱することからな
る、請求項７記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US84295292A | 1992-02-28 | 1992-02-28 | |
| US842952 | 1992-02-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05345695A true JPH05345695A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=25288667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5037836A Withdrawn JPH05345695A (ja) | 1992-02-28 | 1993-02-26 | Ｃｖｄダイヤモンド反応器用プレヒーター |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0561511A3 (ja) |
| JP (1) | JPH05345695A (ja) |
| KR (1) | KR930018062A (ja) |
| CA (1) | CA2087771A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA931004B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101486627B1 (ko) * | 2012-04-18 | 2015-02-23 | (주)제이 앤 엘 테크 | 나노 박막을 코팅한 대전방지 기능을 갖는 시이트 및 그 제조방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10335470A1 (de) | 2003-08-02 | 2005-02-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung oder Modifizierung von Oberflächen |
| DE102007035166B4 (de) * | 2007-07-27 | 2010-07-29 | Createc Fischer & Co. Gmbh | Hochtemperatur-Verdampferzelle mit parallel geschalteten Heizbereichen, Verfahren zu deren Betrieb und deren Verwendung in Beschichtungsanlagen |
| US9957618B2 (en) | 2012-02-28 | 2018-05-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Single-unit reactor design for combined oxidative, initiated, and plasma-enhanced chemical vapor deposition |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57174456A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Introducing device for gas for vacuum deposition |
| US4830702A (en) * | 1987-07-02 | 1989-05-16 | General Electric Company | Hollow cathode plasma assisted apparatus and method of diamond synthesis |
| US4970986A (en) * | 1989-08-03 | 1990-11-20 | General Electric Company | Apparatus for synthetic diamond deposition including spring-tensioned filaments |
| JPH03103396A (ja) * | 1989-09-19 | 1991-04-30 | Kawasaki Steel Corp | ダイヤモンドの気相合成方法 |
| US5058527A (en) * | 1990-07-24 | 1991-10-22 | Ricoh Company, Ltd. | Thin film forming apparatus |
-
1993
- 1993-01-21 CA CA002087771A patent/CA2087771A1/en not_active Abandoned
- 1993-02-12 ZA ZA931004A patent/ZA931004B/xx unknown
- 1993-02-23 EP EP93301309A patent/EP0561511A3/en not_active Withdrawn
- 1993-02-26 JP JP5037836A patent/JPH05345695A/ja not_active Withdrawn
- 1993-02-27 KR KR1019930002882A patent/KR930018062A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101486627B1 (ko) * | 2012-04-18 | 2015-02-23 | (주)제이 앤 엘 테크 | 나노 박막을 코팅한 대전방지 기능을 갖는 시이트 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA931004B (en) | 1993-11-26 |
| EP0561511A2 (en) | 1993-09-22 |
| CA2087771A1 (en) | 1993-08-29 |
| KR930018062A (ko) | 1993-09-21 |
| EP0561511A3 (en) | 1995-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3208792B2 (ja) | ダイヤモンドの製造法及び装置 | |
| US4830702A (en) | Hollow cathode plasma assisted apparatus and method of diamond synthesis | |
| US6432206B1 (en) | Heating element for use in a hot filament chemical vapor deposition chamber | |
| US4898748A (en) | Method for enhancing chemical reactivity in thermal plasma processes | |
| JP2001146412A (ja) | 流動床反応器及び高純度の多結晶シリコンの製造方法 | |
| JPH026317A (ja) | シランの熱分解により一様に大径の多結晶棒を形成するための反応器系および方法 | |
| WO2010042237A2 (en) | Method and apparatus for simplified startup of chemical vapor deposition of polysilicon | |
| US3138435A (en) | Deposition apparatus and method for forming a pyrolytic graphite article | |
| JPH05345695A (ja) | Ｃｖｄダイヤモンド反応器用プレヒーター | |
| JPH0712024B2 (ja) | 堆積膜の形成方法 | |
| RU2394117C2 (ru) | Cvd-реактор и способ синтеза гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на кремнии | |
| US5479874A (en) | CVD diamond production using preheating | |
| JP2014518591A (ja) | 基板に半導体材料を蒸着させる熱線方法及びその方法を実施するための装置 | |
| JPH04221073A (ja) | カーボン被覆およびボロンをドープしたカーボン被覆のための方法および装置 | |
| JPH02241029A (ja) | エピタキシャル蒸着に用いる装置及び方法 | |
| JPS60241222A (ja) | 堆積膜の形成方法 | |
| JPS6251919B2 (ja) | ||
| JPH0417887B2 (ja) | ||
| TWI756117B (zh) | 晶圓級二維材料沉積裝置 | |
| JP3743567B2 (ja) | 膜形成方法、及び膜形成装置 | |
| JPS6261109B2 (ja) | ||
| JPS593098A (ja) | ダイヤモンドの合成法 | |
| US3310426A (en) | Method and apparatus for producing semiconductor material | |
| JP2024082981A (ja) | ダイヤモンド成長方法及びダイヤモンド成長装置 | |
| JPS60131969A (ja) | 化学気相成長処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |