JPH0717479B2 - 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
- JPH0717479B2 JPH0717479B2 JP60277593A JP27759385A JPH0717479B2 JP H0717479 B2 JPH0717479 B2 JP H0717479B2 JP 60277593 A JP60277593 A JP 60277593A JP 27759385 A JP27759385 A JP 27759385A JP H0717479 B2 JPH0717479 B2 JP H0717479B2
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- JP
- Japan
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- diamond
- substrate
- film
- fine powder
- nucleation
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明はダイヤモンド膜の製造方法に関し、より詳細に
は、核発生密度を高め、高速にダイヤモンド膜を成長さ
せ得るダイヤモンド膜の製造方法に関する。
は、核発生密度を高め、高速にダイヤモンド膜を成長さ
せ得るダイヤモンド膜の製造方法に関する。
（従来技術） 近年、ダイヤモンドは高価な装置を利用して超高圧、超
高温下で合成されるようになったが、他方、高硬度並び
に耐摩耗性に優れた切削部材や耐摩耗部材など更に、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合成法が研究されている。
高温下で合成されるようになったが、他方、高硬度並び
に耐摩耗性に優れた切削部材や耐摩耗部材など更に、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合成法が研究されている。
この化学気相合成法は、炭化水素と水素との混合ガスを
反応槽内に導入し、電子線照射、高周波、マイクロ波等
により炭化水素を、熱分解してプラズマを発生させて加
熱された基板上にダイヤモンドを析出させる方法であ
る。
反応槽内に導入し、電子線照射、高周波、マイクロ波等
により炭化水素を、熱分解してプラズマを発生させて加
熱された基板上にダイヤモンドを析出させる方法であ
る。
（発明が解決しようとする問題点） このような化学気相合成法によって、平滑な基板表面に
ダイヤモンドを析出させる際、初期において、まず基板
表面に核を生成させる必要がある。
ダイヤモンドを析出させる際、初期において、まず基板
表面に核を生成させる必要がある。
しかしながら従来の方法によれば、この核発生工程での
条件設定が難しく、時間を要し、しかも発生した核の密
度が低く、不均一なために、膜状に成長する段階で膜の
厚みが不均一となり易く、緻密な膜が得難いという欠点
があり、膜強度が低下し、切削工具等に用いた場合、寿
命が短い等の問題があった。
条件設定が難しく、時間を要し、しかも発生した核の密
度が低く、不均一なために、膜状に成長する段階で膜の
厚みが不均一となり易く、緻密な膜が得難いという欠点
があり、膜強度が低下し、切削工具等に用いた場合、寿
命が短い等の問題があった。
（発明の目的） 本発明は前述の問題点を解消することを目的とするもの
で、詳細には初期の核発生工程においてダイヤモンドの
核発生を短時間で且つ高密度で発生させることによって
ダイヤモンドの成長速度を速め、均一で緻密なダイヤモ
ンド膜を得るための製造方法を提供することを目的とす
るものである。
で、詳細には初期の核発生工程においてダイヤモンドの
核発生を短時間で且つ高密度で発生させることによって
ダイヤモンドの成長速度を速め、均一で緻密なダイヤモ
ンド膜を得るための製造方法を提供することを目的とす
るものである。
（問題点を解決するための手段） 即ち、本発明によれば、反応槽内にSP3結合を有する平
均粒径0.05乃至５μｍの微粉末を表面に均一に分散した
基板を配置し、該基板を500乃至1300℃に加熱した状態
で、該反応槽内に炭化水素と水素の混合ガスを導入する
とともに、該ガスをプラズマにより活性化させながら、
前記基板表面にダイヤモンドを析出させることを特徴と
するダイヤモンド膜の製造方法が提供される。
均粒径0.05乃至５μｍの微粉末を表面に均一に分散した
基板を配置し、該基板を500乃至1300℃に加熱した状態
で、該反応槽内に炭化水素と水素の混合ガスを導入する
とともに、該ガスをプラズマにより活性化させながら、
前記基板表面にダイヤモンドを析出させることを特徴と
するダイヤモンド膜の製造方法が提供される。
以下、本発明を詳細に説明する。
ダイヤモンドの化学気相成長法は、ダイヤモンド生成用
ガスとして例えば炭化水素と水素を用いるもので、活性
化された水素により炭化水素ガスを分解し、SP3結合を
有するカーボンを選択的に基板表面に析出させるところ
に特徴を有する。
ガスとして例えば炭化水素と水素を用いるもので、活性
化された水素により炭化水素ガスを分解し、SP3結合を
有するカーボンを選択的に基板表面に析出させるところ
に特徴を有する。
そこで、基板表面におけるダイヤモンド膜の生成過程を
第１図(a)乃至(c)に示す。初期において第１図(a)に示
すように熱分解され、励起状態となった炭素原子のうち
SP3結合したもののみが基板１表面に核２として析出す
る。
第１図(a)乃至(c)に示す。初期において第１図(a)に示
すように熱分解され、励起状態となった炭素原子のうち
SP3結合したもののみが基板１表面に核２として析出す
る。
次に、一定の量の核が生じると、第１図(b)に示すよう
に、生成された核２を中心にダイヤモンド３が析出し、
言わば島状として成長する。さらに成長が進むと第１図
(c)に示すように、隣接する島同志が重なり、最終的に
は、膜を形成する。
に、生成された核２を中心にダイヤモンド３が析出し、
言わば島状として成長する。さらに成長が進むと第１図
(c)に示すように、隣接する島同志が重なり、最終的に
は、膜を形成する。
上述の過程において、第１図(a)の核発生過程は、条件
設定が難しく、しかも基板の表面状態に極めて影響され
易いため、核発生にバラツキが生じ易く、膜として不均
一なものになり易い。この核発生のメカニズムは今だ明
らかにされてはいないが、その要因の１つとして、プラ
ズマ中のイオン又は電子と基板との相関作用が挙げられ
る。
設定が難しく、しかも基板の表面状態に極めて影響され
易いため、核発生にバラツキが生じ易く、膜として不均
一なものになり易い。この核発生のメカニズムは今だ明
らかにされてはいないが、その要因の１つとして、プラ
ズマ中のイオン又は電子と基板との相関作用が挙げられ
る。
本発明は、ダイヤモンド生成の初期において、基板表面
にSP3結合を有する微粉末が存在すると該微粉末が核２
として作用し、その微粉末の周辺にダイヤモンドが効率
的に生成されるという新規知見に基づくものである。
にSP3結合を有する微粉末が存在すると該微粉末が核２
として作用し、その微粉末の周辺にダイヤモンドが効率
的に生成されるという新規知見に基づくものである。
即ち、基板表面に予めSP3結合を有する微粉末を均一分
散させておくことにより、初期における核発生を容易な
らしめ、結果として基板表面に均一なダイヤモンド核を
生成させることができ、膜自体も均一で緻密な構造にで
きるものである。
散させておくことにより、初期における核発生を容易な
らしめ、結果として基板表面に均一なダイヤモンド核を
生成させることができ、膜自体も均一で緻密な構造にで
きるものである。
本発明者等はこのような現象の理由を次のように考え
る。基板と微粉末の電気伝導度に差がある場合、プラズ
マ中に存在するイオンまたは電子の基板との相関作用
が、微粉末の存在する部分のみ周囲と比較して特異的レ
ベルとなっていると考えられ、この相関作用の差がダイ
ヤモンドの生成に大きく寄与しているものと考えられ
る。しかも、SP3結合を有しているため、ダイヤモンド
生成機構がSP3結合以外の析出物をエッチングする条件
であっても消滅せずに、存在することができる。
る。基板と微粉末の電気伝導度に差がある場合、プラズ
マ中に存在するイオンまたは電子の基板との相関作用
が、微粉末の存在する部分のみ周囲と比較して特異的レ
ベルとなっていると考えられ、この相関作用の差がダイ
ヤモンドの生成に大きく寄与しているものと考えられ
る。しかも、SP3結合を有しているため、ダイヤモンド
生成機構がSP3結合以外の析出物をエッチングする条件
であっても消滅せずに、存在することができる。
本発明において用いられるSP3結合を有する微粉末とし
ては、ダイヤモンド、立方晶窒化硼素（ｃ−BN）、立方
晶炭化けい素（β−SiC）、窒化アルミニウム（ｃ−Al
N）、硼化リン（BP）が挙げられる。
ては、ダイヤモンド、立方晶窒化硼素（ｃ−BN）、立方
晶炭化けい素（β−SiC）、窒化アルミニウム（ｃ−Al
N）、硼化リン（BP）が挙げられる。
これらの中でもダイヤモンド、ｃ−BN、β−SiCが望ま
しい。
しい。
これら微粉末の粒径は、平均で0.05〜５μｍの範囲がよ
い。これは、0.05μｍより小さいと均一に点在させるこ
とが難しく、５μｍを越えると核発生効率が悪く、膜生
成後の密着性が悪くなる。
い。これは、0.05μｍより小さいと均一に点在させるこ
とが難しく、５μｍを越えると核発生効率が悪く、膜生
成後の密着性が悪くなる。
この微粉末を基板表面に均一に分散させる手段としては
油、水またはアルコール等の揮発性有機液体を媒体とし
て分散させ、基板に塗布する他、分散メッキ、スプレー
塗布あるいは界面活性剤を添加して分散状態を良好にし
て塗布する等が採用し得る。
油、水またはアルコール等の揮発性有機液体を媒体とし
て分散させ、基板に塗布する他、分散メッキ、スプレー
塗布あるいは界面活性剤を添加して分散状態を良好にし
て塗布する等が採用し得る。
この時の塗布量は、用いる微粉末によって多少異なるが
微粉末がおよそ105乃至1011個／cm2となる範囲で塗布を
行う。塗布量が少ないと膜が不均一化しやすく、核の生
成が困難となり、一方多過ぎるとダイヤモンドと基板と
の間に中間層として形成され、ダイヤモンドと基板との
密着性に悪影響を及ぼす可能性がある。
微粉末がおよそ105乃至1011個／cm2となる範囲で塗布を
行う。塗布量が少ないと膜が不均一化しやすく、核の生
成が困難となり、一方多過ぎるとダイヤモンドと基板と
の間に中間層として形成され、ダイヤモンドと基板との
密着性に悪影響を及ぼす可能性がある。
本発明によれば、前述したようにして微粉末を分散処理
した基板を、反応槽内に配置させ、ダイヤモンド生成用
ガスとして例えばCH4，C2H2，C2H4，C3H6等の炭化水素
ガスと、水素ガスとの混合ガスを導入する。そして基体
を500乃至1300度の温度に加熱するとともに、電子線照
射、高周波、マイクロ波等によってプラズマ発生させ
る。
した基板を、反応槽内に配置させ、ダイヤモンド生成用
ガスとして例えばCH4，C2H2，C2H4，C3H6等の炭化水素
ガスと、水素ガスとの混合ガスを導入する。そして基体
を500乃至1300度の温度に加熱するとともに、電子線照
射、高周波、マイクロ波等によってプラズマ発生させ
る。
なお、炭化水素と水素との混合比率(CmHn/H2)は0.005乃
至0.15、特に0.01乃至0.05に設定される。
至0.15、特に0.01乃至0.05に設定される。
本発明を次の例で説明する。
実施例 基板としてシリコンを用いて、第１表に示す表面処理を
行い、下記条件のマイクロ波プラズマCVD法によってダ
イヤモンド膜を設けた。
行い、下記条件のマイクロ波プラズマCVD法によってダ
イヤモンド膜を設けた。
マイクロ波出力 400W 圧力 25Torr CH4/H2 3/100 時間 1hr その時、基板の表面に第１表に示すSP3結合を有する微
粉末を塗布した後、成膜を行った。
粉末を塗布した後、成膜を行った。
１時間の成膜後に、核発生状況を顕微鏡にて観察した。
また基板表面におけるダイヤモンドの占有率を求め、そ
の値を核から膜への成長速度の目安とした。
の値を核から膜への成長速度の目安とした。
第１表からも明らかな通り、従来のように基板表面に何
ら施さないNO.2のサンプルでは１時間のダイヤモンド生
成を行ってもほとんど核の発生は認められず、単に傷つ
けたNO.1においても顕著な核発生はなかった。これらに
対し、本発明のサンプルNO.3乃至８はいずれも塗布した
微粉末の個々にダイヤモンドの核発生が認められ、特に
ダイヤモンド、ｃ−BN系は良好で、核の塗布量を上げる
ことによって１時間の生成によって膜を形成した。
ら施さないNO.2のサンプルでは１時間のダイヤモンド生
成を行ってもほとんど核の発生は認められず、単に傷つ
けたNO.1においても顕著な核発生はなかった。これらに
対し、本発明のサンプルNO.3乃至８はいずれも塗布した
微粉末の個々にダイヤモンドの核発生が認められ、特に
ダイヤモンド、ｃ−BN系は良好で、核の塗布量を上げる
ことによって１時間の生成によって膜を形成した。
またβ−SiC（NO.8）でもダイヤモンド、ｃ−BN程では
ないが良好な核発生が認められた。
ないが良好な核発生が認められた。
（発明の効果） 上述した通り、本発明の製造方法は、基板表面にSP3結
合を有する微粉末を均一分散することにより、ダイヤモ
ンド生成における初期の核発生を短時間で均一且つ高密
度化することができ、それによって膜成長を速め、均一
な膜厚の緻密なダイヤモンド膜を得ることができる。こ
のようなダイヤモンド膜は切削工具の表面被覆として長
寿命化を計ることができ、またヒートシンク用として優
れた熱伝導度を付与することが可能となる。
合を有する微粉末を均一分散することにより、ダイヤモ
ンド生成における初期の核発生を短時間で均一且つ高密
度化することができ、それによって膜成長を速め、均一
な膜厚の緻密なダイヤモンド膜を得ることができる。こ
のようなダイヤモンド膜は切削工具の表面被覆として長
寿命化を計ることができ、またヒートシンク用として優
れた熱伝導度を付与することが可能となる。
第１図（ａ）乃至（ｃ）はダイヤモンド膜の生成過程を
示した図である。 １……基板 ２……核 ３……ダイヤモンド
示した図である。 １……基板 ２……核 ３……ダイヤモンド
Claims (1)
- 【請求項１】 反応槽内にSP3結合を有する平均粒径0.05乃至５μｍの
微粉末を表面に均一に分散した基板を配置し、該基板を
500乃至1300℃に加熱した状態で、該反応槽内に炭化水
素と水素の混合ガスを導入するとともに、該ガスをプラ
ズマにより活性化させながら、前記基板表面にダイヤモ
ンドを析出させることを特徴とするダイヤモンド膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60277593A JPH0717479B2 (ja) | 1985-12-09 | 1985-12-09 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60277593A JPH0717479B2 (ja) | 1985-12-09 | 1985-12-09 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62138395A JPS62138395A (ja) | 1987-06-22 |
| JPH0717479B2 true JPH0717479B2 (ja) | 1995-03-01 |
Family
ID=17585611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60277593A Expired - Lifetime JPH0717479B2 (ja) | 1985-12-09 | 1985-12-09 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0717479B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO881723L (no) * | 1987-04-22 | 1988-10-24 | Idemitsu Petrochemical Co | Fremgangsmaate og innretning for fremstilling av diamanter. |
| ZA888034B (en) * | 1987-12-17 | 1989-06-28 | Gen Electric | Diamond growth process |
| US5198070A (en) * | 1988-04-28 | 1993-03-30 | Jones Barbara L | Joining diamond bodies |
| US4925701A (en) * | 1988-05-27 | 1990-05-15 | Xerox Corporation | Processes for the preparation of polycrystalline diamond films |
| JP2683060B2 (ja) * | 1988-10-02 | 1997-11-26 | キヤノン株式会社 | ダイヤモンド膜及びその製造法 |
| JP2730145B2 (ja) * | 1989-03-07 | 1998-03-25 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶ダイヤモンド層の形成法 |
| JPH02289492A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-29 | Mitsubishi Materials Corp | 人工ダイヤモンド皮膜の形成方法 |
| JPH04182390A (ja) * | 1990-11-13 | 1992-06-29 | Japan Steel Works Ltd:The | ダイヤモンド板の製造方法 |
| WO2001036711A1 (en) * | 1999-11-12 | 2001-05-25 | Kerr Corporation | Adherent hard coatings for dental burs and other applications |
| US7687146B1 (en) | 2004-02-11 | 2010-03-30 | Zyvex Labs, Llc | Simple tool for positional diamond mechanosynthesis, and its method of manufacture |
| JPWO2009038193A1 (ja) * | 2007-09-20 | 2011-01-13 | 東洋炭素株式会社 | 炭素材料及びその製造方法 |
| CN115181957B (zh) * | 2022-08-25 | 2023-03-17 | 北京爱克瑞特金刚石工具有限公司 | 一种功能性金刚石微纳米粉体及复合体的制备和应用 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59137311A (ja) * | 1983-01-21 | 1984-08-07 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 多結晶質ダイヤモンドの合成法 |
| JPS6086096A (ja) * | 1983-10-18 | 1985-05-15 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 膜状ダイヤモンドの析出法 |
| JPS61151095A (ja) * | 1984-12-24 | 1986-07-09 | Showa Denko Kk | ダイヤモンド合成法 |
| JPS61155295A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-14 | Showa Denko Kk | Ｃｖｄ法ダイヤモンド合成に使用する基板処理方法 |
-
1985
- 1985-12-09 JP JP60277593A patent/JPH0717479B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62138395A (ja) | 1987-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |