JPH0674199B2 - ダイヤモンドの合成方法 - Google Patents
ダイヤモンドの合成方法Info
- Publication number
- JPH0674199B2 JPH0674199B2 JP10188687A JP10188687A JPH0674199B2 JP H0674199 B2 JPH0674199 B2 JP H0674199B2 JP 10188687 A JP10188687 A JP 10188687A JP 10188687 A JP10188687 A JP 10188687A JP H0674199 B2 JPH0674199 B2 JP H0674199B2
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- plasma
- substrate
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 アーク放電により発生される活性度の高い水プラズマを
基板上に吹付けてダイヤモンドを合成することにより、
従来法と比べてダイヤモンドの成長速度を上げることが
できる。
基板上に吹付けてダイヤモンドを合成することにより、
従来法と比べてダイヤモンドの成長速度を上げることが
できる。
本発明はダイヤモンドの気相合成法に関し、特に、製膜
速度が高く、連続に、しかも、大気雰囲気中でダイヤモ
ンドを合成できる方法に関する。
速度が高く、連続に、しかも、大気雰囲気中でダイヤモ
ンドを合成できる方法に関する。
従来、良質の結晶質ダイヤモンドの気相合成法として
は、メタンと水素の混合ガスを熱フィラメントで加熱す
る熱フィラメント法（S.Matsumotoら:Jpn.J.Appl.Phys.
Vol.2,No.4（1981）L183〜L185）、マイクロ波放電条件
下にメタンと水素の混合ガスを送るマイクロ波プラズマ
CVD法（M.Kamoら:J.Cryst.Growth 62（1983）642〜444
頁）、ダイヤモンドが成長する基板表面に電子を衝突さ
せる電子線照射CVD法（A.Sawabeら:Appl.Phys.Lett.,Vo
l 46,No.2,（1985）146〜147頁）等のCVD法がある。
は、メタンと水素の混合ガスを熱フィラメントで加熱す
る熱フィラメント法（S.Matsumotoら:Jpn.J.Appl.Phys.
Vol.2,No.4（1981）L183〜L185）、マイクロ波放電条件
下にメタンと水素の混合ガスを送るマイクロ波プラズマ
CVD法（M.Kamoら:J.Cryst.Growth 62（1983）642〜444
頁）、ダイヤモンドが成長する基板表面に電子を衝突さ
せる電子線照射CVD法（A.Sawabeら:Appl.Phys.Lett.,Vo
l 46,No.2,（1985）146〜147頁）等のCVD法がある。
しかしながら、上記の方法は成膜速度が１（Ｄ）/h以下
で小さいという重大な欠点がある。しかも、これらの方
法は減圧H2雰囲気を必要とし、コスト、生産性の上でも
問題があった。
で小さいという重大な欠点がある。しかも、これらの方
法は減圧H2雰囲気を必要とし、コスト、生産性の上でも
問題があった。
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、製膜速度が高
く、大気雰囲気下でダイヤモンドの合成が可能な手法を
提供するにある。
く、大気雰囲気下でダイヤモンドの合成が可能な手法を
提供するにある。
本発明により提供される上記問題点を解決するための手
段は、プラズマ安定化媒体として水を用いて、アーク放
電により発生される水プラズマジェットにダイヤモンド
合成のための炭素源を導入し、そのプラズマジェットを
基板に吹き付けて、基板上にダイヤモンドを析出させる
ことを特徴とするダイヤモンドの合成方法にある。
段は、プラズマ安定化媒体として水を用いて、アーク放
電により発生される水プラズマジェットにダイヤモンド
合成のための炭素源を導入し、そのプラズマジェットを
基板に吹き付けて、基板上にダイヤモンドを析出させる
ことを特徴とするダイヤモンドの合成方法にある。
ダイヤモンド析出のための炭素源としては、分子中の炭
素原子を含む気体（例えばメタン、エタン）、液体（メ
タノール、メチルケトン）、粉体（ポリエチレン）ある
いは炭素粉を用いることができる。
素原子を含む気体（例えばメタン、エタン）、液体（メ
タノール、メチルケトン）、粉体（ポリエチレン）ある
いは炭素粉を用いることができる。
ダイヤモンド合成の雰囲気としては、常圧または減圧
（30トール程度が好ましい）下の大気もしくは水素を用
いることができる。
（30トール程度が好ましい）下の大気もしくは水素を用
いることができる。
アーク放電により形成された水プラズマは、高密度の熱
プラズマであり、その熱プラズマ中に導入された炭素源
は高効率で活性化され、高密度のラジカル、イオンとな
り、超高速で基板にぶつかり、ダイヤモンドを生成す
る。プラズマの主成分である水素、酸素のイオン、原子
はダイヤモンドと同時に発生する、グラファイト、非晶
質炭素を迅速に除去するため、ダイヤモンドのみが成長
する。このように、極めて活性度の高い熱プラズマを用
いることにより、従来のCVDに比べ、格段に高い密度
で、ラジカルを発生させることができるため、高い速度
で、ダイヤモンドを合成できる。また、水プラズマは、
冷却後は水蒸気となるため、安全性が高く、大気雰囲気
中で動作させることができる。
プラズマであり、その熱プラズマ中に導入された炭素源
は高効率で活性化され、高密度のラジカル、イオンとな
り、超高速で基板にぶつかり、ダイヤモンドを生成す
る。プラズマの主成分である水素、酸素のイオン、原子
はダイヤモンドと同時に発生する、グラファイト、非晶
質炭素を迅速に除去するため、ダイヤモンドのみが成長
する。このように、極めて活性度の高い熱プラズマを用
いることにより、従来のCVDに比べ、格段に高い密度
で、ラジカルを発生させることができるため、高い速度
で、ダイヤモンドを合成できる。また、水プラズマは、
冷却後は水蒸気となるため、安全性が高く、大気雰囲気
中で動作させることができる。
第１図は本発明の方法を実施するための水プラズマCVD
によるダイヤモンド気相合成装置の構造を示し、１は陰
極、２は水入口、３は水出口、４は絶縁物、５は円筒渦
水流、６はアーク柱、７は回転陽極、８は冷却水、９は
アーク電源、10はプラズマジェット、11は原料、12は原
料供給ノズル、13は基板、14はダイヤモンド膜、15はア
ークチャンバーである。
によるダイヤモンド気相合成装置の構造を示し、１は陰
極、２は水入口、３は水出口、４は絶縁物、５は円筒渦
水流、６はアーク柱、７は回転陽極、８は冷却水、９は
アーク電源、10はプラズマジェット、11は原料、12は原
料供給ノズル、13は基板、14はダイヤモンド膜、15はア
ークチャンバーである。
アークチャンバー15内に導入される高圧水により、チャ
ンバー内に円筒渦水流５を形成させ、その中心軸上にあ
る陰極１と陽極７間にアーク放電をおこすと、円筒渦水
流内径表面の水が瞬時に蒸発、電離し、高密度の熱プラ
ズマが発生する。アークチャンバーから噴射されるプラ
ズマジェット10中にメタン等の原料を供給すると、この
原料は高効率で活性化され、高密度のラジカル、イオン
となり、超高速で一般的に600〜1000℃の温度にした基
板にぶつかり、ダイヤモンドを生成する。
ンバー内に円筒渦水流５を形成させ、その中心軸上にあ
る陰極１と陽極７間にアーク放電をおこすと、円筒渦水
流内径表面の水が瞬時に蒸発、電離し、高密度の熱プラ
ズマが発生する。アークチャンバーから噴射されるプラ
ズマジェット10中にメタン等の原料を供給すると、この
原料は高効率で活性化され、高密度のラジカル、イオン
となり、超高速で一般的に600〜1000℃の温度にした基
板にぶつかり、ダイヤモンドを生成する。
例 １ 第１図に示した構成の装置を用い、渦水流内径2mm、ア
ーク長30mm、電流100A、電圧80V、送水圧12kg/cm2の条
件で、水プラズマを発生させ、原料としてCH4を1.0/m
inの流量でプラズマ中に導入、30×30mmのシリコン基板
を水冷銅製基板ホルダに固定し、基板温度が900℃にな
る位置まで、基板をプラズマ噴出口に近づけ、１時間、
成膜を行なった。
ーク長30mm、電流100A、電圧80V、送水圧12kg/cm2の条
件で、水プラズマを発生させ、原料としてCH4を1.0/m
inの流量でプラズマ中に導入、30×30mmのシリコン基板
を水冷銅製基板ホルダに固定し、基板温度が900℃にな
る位置まで、基板をプラズマ噴出口に近づけ、１時間、
成膜を行なった。
生成した膜を分析したところ、無色透明の多結晶ダイヤ
モンドで、厚さ30（Ｄ）であった。また、ダイヤモンド
とシリコンの界面には、若干の炭化ケイ素が検出され
た。
モンドで、厚さ30（Ｄ）であった。また、ダイヤモンド
とシリコンの界面には、若干の炭化ケイ素が検出され
た。
例 ２ 上記と同じ条件で、原料に平均粒径１（Ｄ）のカーボン
ブラックを0.1g/minの量でプラズマ中に供給し、同様に
成膜したところ、厚さ50（Ｄ）の褐色透明の膜を得た。
Ｘ線回折では、ダイヤモンドのみ検出された。
ブラックを0.1g/minの量でプラズマ中に供給し、同様に
成膜したところ、厚さ50（Ｄ）の褐色透明の膜を得た。
Ｘ線回折では、ダイヤモンドのみ検出された。
本発明によれば、高活性度の水プラズマを用いることに
より、従来法に比べ、大幅にダイヤモンドの成長速度を
上げることができ、大気雰囲気を利用できるなどコス
ト、生産性の向上が達成できた。
より、従来法に比べ、大幅にダイヤモンドの成長速度を
上げることができ、大気雰囲気を利用できるなどコス
ト、生産性の向上が達成できた。
第１図は本発明の実施例の水プラズマCVDによるダイヤ
モンド合成の様子を示す模式図である。 １……陰性、２……水入口、 ３……水出口、５……円筒渦水流、 ６……アーク柱、７……回転陽極、 ８……冷却水、９……アーク電源、 10……プラズマジェット、11……原料、 12……原料供給ノズル、13……基板、 14……ダイヤモンド膜、 15……アークチャンバ。
モンド合成の様子を示す模式図である。 １……陰性、２……水入口、 ３……水出口、５……円筒渦水流、 ６……アーク柱、７……回転陽極、 ８……冷却水、９……アーク電源、 10……プラズマジェット、11……原料、 12……原料供給ノズル、13……基板、 14……ダイヤモンド膜、 15……アークチャンバ。
Claims (3)
- 【請求項１】プラズマ安定化媒体として水を用いて、ア
ーク放電により発生される水プラズマジェットにダイヤ
モンド合成のための炭素源を導入し、上記プラズマジェ
ットを基板に吹き付けて、基板上にダイヤモンドを析出
させることを特徴とするダイヤモンドの合成方法。 - 【請求項２】ダイヤモンド析出のための炭素源が分子中
に炭素原子を含む気体、液体、粉体、または炭素粉であ
る特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】ダイヤモンド合成の雰囲気として、常圧ま
たは減圧の大気もしくは水素を用いる特許請求の範囲第
１項または第２項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10188687A JPH0674199B2 (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | ダイヤモンドの合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10188687A JPH0674199B2 (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | ダイヤモンドの合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63270393A JPS63270393A (ja) | 1988-11-08 |
| JPH0674199B2 true JPH0674199B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=14312418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10188687A Expired - Fee Related JPH0674199B2 (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | ダイヤモンドの合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674199B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6424093A (en) * | 1987-07-21 | 1989-01-26 | Showa Denko Kk | Method for synthesizing diamond by vapor phase method |
| JP2011162815A (ja) * | 2010-02-05 | 2011-08-25 | Nagoya Univ | フッ素含有炭素材料の製造方法 |
| JP6035438B1 (ja) * | 2016-01-05 | 2016-11-30 | 株式会社Ｈｅｌｉｘ | 渦水流発生器、水プラズマ発生装置、分解処理装置、分解処理装置搭載車両及び分解処理方法 |
| JP6629705B2 (ja) * | 2016-10-21 | 2020-01-15 | 株式会社Ｈｅｌｉｘ | 分解処理装置、分解処理装置搭載車両及び分解処理方法 |
-
1987
- 1987-04-27 JP JP10188687A patent/JPH0674199B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63270393A (ja) | 1988-11-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |