JPH07196399A - ダイヤモンド薄膜とダイヤモンド薄膜合成用基板の処理方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜とダイヤモンド薄膜合成用基板の処理方法Info
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- JPH07196399A JPH07196399A JP18152593A JP18152593A JPH07196399A JP H07196399 A JPH07196399 A JP H07196399A JP 18152593 A JP18152593 A JP 18152593A JP 18152593 A JP18152593 A JP 18152593A JP H07196399 A JPH07196399 A JP H07196399A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイヤモンド薄膜の成膜初期において、高い
結晶核形成密度を得るのに好適な下地基板の前処理技術
を確立し、基板との密着性がよく、表面が平滑で、しか
も薄くても連続膜となるダイヤモンド薄膜を提供するこ
と。 【構成】 成膜前の基板を、非含酸素有機溶剤中の分散
硬質粒子に接触させるか、もしくは成膜前の基板を、乾
燥雰囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子
に接触させることにより活性化処理を行う。これによ
り、ダイヤモンド薄膜の成膜初期において、109 〜1010
個／cm2 以上の高い結晶核形成密度を実現することがで
き、それ故に、基板との密着性がよく、表面が平滑で、
しかも１μｍ未満でも連続膜となるダイヤモンド薄膜を
確実に提供することができる。
結晶核形成密度を得るのに好適な下地基板の前処理技術
を確立し、基板との密着性がよく、表面が平滑で、しか
も薄くても連続膜となるダイヤモンド薄膜を提供するこ
と。 【構成】 成膜前の基板を、非含酸素有機溶剤中の分散
硬質粒子に接触させるか、もしくは成膜前の基板を、乾
燥雰囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子
に接触させることにより活性化処理を行う。これによ
り、ダイヤモンド薄膜の成膜初期において、109 〜1010
個／cm2 以上の高い結晶核形成密度を実現することがで
き、それ故に、基板との密着性がよく、表面が平滑で、
しかも１μｍ未満でも連続膜となるダイヤモンド薄膜を
確実に提供することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド薄膜とダ
イヤモンド薄膜合成用基板の処理方法に関し、特に、基
板との密着性がよく、表面が平滑で、しかも薄くても連
続膜となるダイヤモンド薄膜の技術についての提案であ
る。
イヤモンド薄膜合成用基板の処理方法に関し、特に、基
板との密着性がよく、表面が平滑で、しかも薄くても連
続膜となるダイヤモンド薄膜の技術についての提案であ
る。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンド薄膜は、一般に、ＣＶＤ法
によって合成されている。このＣＶＤ法では、一般に、
ＣＶＤ処理を行う前に基板の被着面を予めダイヤモンド
やｃ−ＢＮ，ＳｉＣ等の硬質粒子の粉末を用いて、活性
化することが必要である。この基板の被着面の活性化処
理を行わないと、成膜初期の結晶核の形成密度が約104
個／cm2 と非常に小さいため、ＣＶＤ処理により析出し
たダイヤモンドが連続膜にならないからである。特に、
この基板被着面の活性化処理は、下地基板がダイヤモン
ド以外の場合に必要な処理である。
によって合成されている。このＣＶＤ法では、一般に、
ＣＶＤ処理を行う前に基板の被着面を予めダイヤモンド
やｃ−ＢＮ，ＳｉＣ等の硬質粒子の粉末を用いて、活性
化することが必要である。この基板の被着面の活性化処
理を行わないと、成膜初期の結晶核の形成密度が約104
個／cm2 と非常に小さいため、ＣＶＤ処理により析出し
たダイヤモンドが連続膜にならないからである。特に、
この基板被着面の活性化処理は、下地基板がダイヤモン
ド以外の場合に必要な処理である。
【０００３】このような基板表面の活性化のための処理
方法として、従来、上述したダイヤモンドやｃ−ＢＮ，
ＳｉＣ等の硬質粒子の粉末を、基板表面に直接こすりつ
けたり衝突させる方法や、アルコールやアセトン等に上
記粉末を分散させた懸濁液中で、下地基板を超音波処理
する方法などが知られている（特開昭61−163276号公
報、特開昭61−121859号公報参照）。また、電界による
下地基板表面の活性化処理技術も提案されている（第４
回ダイヤモンドシンポジウム，湯郷ら，1991年）。
方法として、従来、上述したダイヤモンドやｃ−ＢＮ，
ＳｉＣ等の硬質粒子の粉末を、基板表面に直接こすりつ
けたり衝突させる方法や、アルコールやアセトン等に上
記粉末を分散させた懸濁液中で、下地基板を超音波処理
する方法などが知られている（特開昭61−163276号公
報、特開昭61−121859号公報参照）。また、電界による
下地基板表面の活性化処理技術も提案されている（第４
回ダイヤモンドシンポジウム，湯郷ら，1991年）。
【０００４】これらの従来技術によれば、ＣＶＤ法など
の方法により、基板上にダイヤモンドを成膜するに先立
ち、107 〜 109個／cm2 の結晶核を形成することが可能
となり、析出ダイヤモンドの膜厚が１μｍ以上では連続
膜を得ることができる。
の方法により、基板上にダイヤモンドを成膜するに先立
ち、107 〜 109個／cm2 の結晶核を形成することが可能
となり、析出ダイヤモンドの膜厚が１μｍ以上では連続
膜を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、成膜初期における結晶核の形成密度が小さ
いために、膜厚が１μｍ未満である物性に優れた連続膜
を確実に得ることができなかった。それは、連続膜とい
うのは、成膜初期に形成した結晶核の数が多いほど、よ
り薄い均一膜が可能であることが知られており、それ故
に、この成膜初期における結晶核形成密度が大きい方が
よいにも拘わらず、それが小さいために平滑性に優れた
１μｍ未満の連続膜の生成を害するという結果となって
いるからである。すなわち、従来技術は、 ．膜厚が１μｍ未満である均一な連続薄膜が得られな
い。 ．膜表面の平滑性が悪い。 ．下地基板との密着性が悪い。 という問題があった。このような理由により、従来、Ｓ
ｉやＳｉＣなどの他の材料による被膜の物性と比べる
と、ダイヤモンド薄膜の実用化が妨げられていたのであ
る。
来技術では、成膜初期における結晶核の形成密度が小さ
いために、膜厚が１μｍ未満である物性に優れた連続膜
を確実に得ることができなかった。それは、連続膜とい
うのは、成膜初期に形成した結晶核の数が多いほど、よ
り薄い均一膜が可能であることが知られており、それ故
に、この成膜初期における結晶核形成密度が大きい方が
よいにも拘わらず、それが小さいために平滑性に優れた
１μｍ未満の連続膜の生成を害するという結果となって
いるからである。すなわち、従来技術は、 ．膜厚が１μｍ未満である均一な連続薄膜が得られな
い。 ．膜表面の平滑性が悪い。 ．下地基板との密着性が悪い。 という問題があった。このような理由により、従来、Ｓ
ｉやＳｉＣなどの他の材料による被膜の物性と比べる
と、ダイヤモンド薄膜の実用化が妨げられていたのであ
る。
【０００６】本発明の目的は、従来技術が抱えている上
記問題を解消する技術を確立することにあり、特に、ダ
イヤモンド薄膜の成膜初期において、高い結晶核形成密
度を得るのに好適な下地基板の前処理技術を確立し、こ
れにより、基板との密着性がよく、表面が平滑で、しか
も薄くても連続膜となるダイヤモンド薄膜を提供しよう
とすることにある。
記問題を解消する技術を確立することにあり、特に、ダ
イヤモンド薄膜の成膜初期において、高い結晶核形成密
度を得るのに好適な下地基板の前処理技術を確立し、こ
れにより、基板との密着性がよく、表面が平滑で、しか
も薄くても連続膜となるダイヤモンド薄膜を提供しよう
とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的実
現に向け鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とす
る本発明を完成するに到った。すなわち、本発明は、成
膜初期の結晶核形成密度が109 個／cm2 以上となるよう
な活性化処理が施された基板上に合成されたダイヤモン
ド薄膜であって、膜厚が0.95μｍ以下の連続膜であるこ
とを特徴とするダイヤモンド薄膜である。そして、この
ようなダイヤモンド薄膜を合成するための下地基板の処
理方法は、第１に、基板上にダイヤモンド薄膜を合成す
るのに先立つ基板の活性化処理に当たり、成膜前の基板
を、分子構造中に酸素を含まない非含酸素有機溶剤中の
分散硬質粒子に接触させることを特徴とするダイヤモン
ド薄膜合成用基板の処理方法であり（第１発明方法）、
第２に、基板上にダイヤモンド薄膜を合成するのに先立
つ基板の活性化処理に当たり、成膜前の基板を、乾燥雰
囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に接
触させることを特徴とするダイヤモンド薄膜合成用基板
の処理方法である（第２発明方法）。ここで、上記非含
酸素有機溶剤は、炭化水素系有機溶剤であることが好ま
しく、この炭化水素系有機溶剤は、なかでも、ヘキサ
ン，シクロヘキサン，トルエン，キシレンのうちから選
ばれる少なくとも１種以上の溶剤であることが好まし
い。また、上記分散硬質粒子は、ダイヤモンド微粒子で
あることが好ましく、さらに、有機溶剤中の分散硬質粒
子への上記基板の接触は、超音波振動させることによっ
て行うことが望ましい。
現に向け鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とす
る本発明を完成するに到った。すなわち、本発明は、成
膜初期の結晶核形成密度が109 個／cm2 以上となるよう
な活性化処理が施された基板上に合成されたダイヤモン
ド薄膜であって、膜厚が0.95μｍ以下の連続膜であるこ
とを特徴とするダイヤモンド薄膜である。そして、この
ようなダイヤモンド薄膜を合成するための下地基板の処
理方法は、第１に、基板上にダイヤモンド薄膜を合成す
るのに先立つ基板の活性化処理に当たり、成膜前の基板
を、分子構造中に酸素を含まない非含酸素有機溶剤中の
分散硬質粒子に接触させることを特徴とするダイヤモン
ド薄膜合成用基板の処理方法であり（第１発明方法）、
第２に、基板上にダイヤモンド薄膜を合成するのに先立
つ基板の活性化処理に当たり、成膜前の基板を、乾燥雰
囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に接
触させることを特徴とするダイヤモンド薄膜合成用基板
の処理方法である（第２発明方法）。ここで、上記非含
酸素有機溶剤は、炭化水素系有機溶剤であることが好ま
しく、この炭化水素系有機溶剤は、なかでも、ヘキサ
ン，シクロヘキサン，トルエン，キシレンのうちから選
ばれる少なくとも１種以上の溶剤であることが好まし
い。また、上記分散硬質粒子は、ダイヤモンド微粒子で
あることが好ましく、さらに、有機溶剤中の分散硬質粒
子への上記基板の接触は、超音波振動させることによっ
て行うことが望ましい。
【０００８】
【作用】本発明において、ダイヤモンド薄膜合成用基板
の処理方法は、基板上にダイヤモンド薄膜を合成するの
に先立つ基板の活性化処理に当たり、第１に、非含酸素
有機溶剤を用い、この非含酸素有機溶剤中の分散硬質粒
子に基板を接触させることにより、基板の活性化処理を
行う点に特徴がある（第１発明方法）。第２に、乾燥雰
囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に基
板を接触させることにより、基板の活性化処理を行う点
に特徴がある（第２発明方法）。これにより、ダイヤモ
ンド薄膜の成膜初期において、 109〜1010個／cm2 以上
の高い結晶核形成密度を実現でき、従来技術に比べて、
結晶核形成密度を大幅に改善することが可能となる。そ
の結果、膜厚１μｍ未満での均一な連続薄膜の形成、
被膜表面の良好な平滑性、および被膜と基板との密
着性の向上、を効果的に図ることができる。
の処理方法は、基板上にダイヤモンド薄膜を合成するの
に先立つ基板の活性化処理に当たり、第１に、非含酸素
有機溶剤を用い、この非含酸素有機溶剤中の分散硬質粒
子に基板を接触させることにより、基板の活性化処理を
行う点に特徴がある（第１発明方法）。第２に、乾燥雰
囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に基
板を接触させることにより、基板の活性化処理を行う点
に特徴がある（第２発明方法）。これにより、ダイヤモ
ンド薄膜の成膜初期において、 109〜1010個／cm2 以上
の高い結晶核形成密度を実現でき、従来技術に比べて、
結晶核形成密度を大幅に改善することが可能となる。そ
の結果、膜厚１μｍ未満での均一な連続薄膜の形成、
被膜表面の良好な平滑性、および被膜と基板との密
着性の向上、を効果的に図ることができる。
【０００９】ここで、第１発明方法において、溶剤に分
散させた硬質粒子により基板表面を活性化処理する際に
用いる有機溶剤としては、非含酸素有機溶剤を用いる。
この理由は、非含酸素有機溶剤は、処理中に基板を攻撃
する酸素原子がなく、しかも、極性が小さく水を溶解し
にくいために、基板上に形成された活性点が酸化等のダ
メージを受けにくく、その結果、従来のようなアセトン
やアルコールを溶剤とした場合に比べて、結晶核形成の
拠点となる活性点を多く形成することができるからであ
る。上記非含酸素有機溶剤のなかでも、炭化水素系有機
溶剤は、分子構造中に酸素を含まず、しかも極性が小さ
いことから、水の溶解度がより低い点で優れた活性点形
成効果を示す。特に、ヘキサン，シクロヘキサン，トル
エンおよびキシレンは、炭化水素系有機溶剤のなかでも
最も効果が大きい。この点、アセトンやアルコール等の
溶剤を用いる従来の処理方法では、溶剤自体の分子構造
に酸素を含み、もしくは、極性が大きく水の溶解度が大
きいために、基板表面の活性点形成が妨げられる。その
ため、成膜初期において、高い結晶核形成密度が得られ
ない。このことは、活性化処理後の基板の表面粗さを原
子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察したところ、非含酸
素有機溶剤であるヘキサンを用いる場合では、基板表面
の凹凸が５ｎｍであったのに対し、含酸素有機溶剤であ
るアセトンを用いる場合では、基板表面の凹凸が平均で
14.2ｎｍであり、基板表面のダメージに大きな差が認め
られたことからも明らかである。
散させた硬質粒子により基板表面を活性化処理する際に
用いる有機溶剤としては、非含酸素有機溶剤を用いる。
この理由は、非含酸素有機溶剤は、処理中に基板を攻撃
する酸素原子がなく、しかも、極性が小さく水を溶解し
にくいために、基板上に形成された活性点が酸化等のダ
メージを受けにくく、その結果、従来のようなアセトン
やアルコールを溶剤とした場合に比べて、結晶核形成の
拠点となる活性点を多く形成することができるからであ
る。上記非含酸素有機溶剤のなかでも、炭化水素系有機
溶剤は、分子構造中に酸素を含まず、しかも極性が小さ
いことから、水の溶解度がより低い点で優れた活性点形
成効果を示す。特に、ヘキサン，シクロヘキサン，トル
エンおよびキシレンは、炭化水素系有機溶剤のなかでも
最も効果が大きい。この点、アセトンやアルコール等の
溶剤を用いる従来の処理方法では、溶剤自体の分子構造
に酸素を含み、もしくは、極性が大きく水の溶解度が大
きいために、基板表面の活性点形成が妨げられる。その
ため、成膜初期において、高い結晶核形成密度が得られ
ない。このことは、活性化処理後の基板の表面粗さを原
子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察したところ、非含酸
素有機溶剤であるヘキサンを用いる場合では、基板表面
の凹凸が５ｎｍであったのに対し、含酸素有機溶剤であ
るアセトンを用いる場合では、基板表面の凹凸が平均で
14.2ｎｍであり、基板表面のダメージに大きな差が認め
られたことからも明らかである。
【００１０】一方、発明者らは、上述したような含酸素
有機溶剤を用いる場合でも、従来技術のように有機溶剤
をそのまま用いずに、乾燥雰囲気下で、含酸素有機溶剤
を脱水して活性化処理に供すると、非含酸素有機溶剤を
用いる場合に準じた基板活性点形成効果を得ることがで
きることを、見出した（第２発明方法）。ここに、含酸
素有機溶剤の脱水は、シリカゲルなどの乾燥剤を用いる
ことができ、基板の活性化処理は、例えば、乾燥空気を
導入したグローボックス内で行うことが望ましい。
有機溶剤を用いる場合でも、従来技術のように有機溶剤
をそのまま用いずに、乾燥雰囲気下で、含酸素有機溶剤
を脱水して活性化処理に供すると、非含酸素有機溶剤を
用いる場合に準じた基板活性点形成効果を得ることがで
きることを、見出した（第２発明方法）。ここに、含酸
素有機溶剤の脱水は、シリカゲルなどの乾燥剤を用いる
ことができ、基板の活性化処理は、例えば、乾燥空気を
導入したグローボックス内で行うことが望ましい。
【００１１】このように乾燥雰囲気下の脱水した含酸素
有機溶剤中での処理が有効である理由は、必ずしも明確
に説明できる訳ではないが、発明者らは以下のように考
えている。すなわち、エタノール等の含酸素有機溶剤
は、一般に極性が大きいために空気中の水分を吸収しや
すく、この水分が、基板の活性化処理中に基板上に形成
された活性点に対し、酸化等のダメージを与える。しか
し、脱水した含酸素有機溶剤を用いて乾燥雰囲気下で基
板を処理することにより、溶剤中の水分の存在を確実に
防止できるので、基板上の活性点のダメージを抑制で
き、非含酸素有機溶剤を用いる場合に準じた基板活性点
の形成効果が得られると推察する。
有機溶剤中での処理が有効である理由は、必ずしも明確
に説明できる訳ではないが、発明者らは以下のように考
えている。すなわち、エタノール等の含酸素有機溶剤
は、一般に極性が大きいために空気中の水分を吸収しや
すく、この水分が、基板の活性化処理中に基板上に形成
された活性点に対し、酸化等のダメージを与える。しか
し、脱水した含酸素有機溶剤を用いて乾燥雰囲気下で基
板を処理することにより、溶剤中の水分の存在を確実に
防止できるので、基板上の活性点のダメージを抑制で
き、非含酸素有機溶剤を用いる場合に準じた基板活性点
の形成効果が得られると推察する。
【００１２】本発明方法において、溶剤に分散させた硬
質粒子により基板表面を活性化処理する際に用いる硬質
粒子としては、ダイヤモンドやｃ−ＢＮ，ＳｉＣなど、
基板表面の傷つけ、あるいは硬質粒子の残留などによる
活性点の形成処理が行えるものであれば何でもよいが、
この硬質粒子による活性化効果はその種類によって異な
り、なかでも、ダイヤモンド粒子による活性化効果が最
も大きい。
質粒子により基板表面を活性化処理する際に用いる硬質
粒子としては、ダイヤモンドやｃ−ＢＮ，ＳｉＣなど、
基板表面の傷つけ、あるいは硬質粒子の残留などによる
活性点の形成処理が行えるものであれば何でもよいが、
この硬質粒子による活性化効果はその種類によって異な
り、なかでも、ダイヤモンド粒子による活性化効果が最
も大きい。
【００１３】本発明方法において、基板表面を活性点形
成処理する際の硬質粒子の基板への接触は、溶剤に分散
させた硬質粒子を超音波振動させたり基板に直接こすり
つける方法などがあるが、なかでも、硬質粒子を分散さ
せた溶剤中に基板を入れて、超音波振動を加えて、粒子
を振動させることにより基板に定常的に衝突させる方法
がより好ましい。
成処理する際の硬質粒子の基板への接触は、溶剤に分散
させた硬質粒子を超音波振動させたり基板に直接こすり
つける方法などがあるが、なかでも、硬質粒子を分散さ
せた溶剤中に基板を入れて、超音波振動を加えて、粒子
を振動させることにより基板に定常的に衝突させる方法
がより好ましい。
【００１４】本発明方法の処理対象となる基板は、ダイ
ヤモンドの成膜条件，例えば成膜温度に耐えうる材質な
らば何でもよいが、発明の趣旨に照らして非ダイヤモン
ド材が対象となる。例えば、ＳｉやＭｏなどの金属、あ
るいは種々のセラミックスを挙げることができる。
ヤモンドの成膜条件，例えば成膜温度に耐えうる材質な
らば何でもよいが、発明の趣旨に照らして非ダイヤモン
ド材が対象となる。例えば、ＳｉやＭｏなどの金属、あ
るいは種々のセラミックスを挙げることができる。
【００１５】本発明方法により活性化処理を施した基板
上に、ダイヤモンド薄膜を合成する方法は、主として、
熱フィラメントＣＶＤやマイクロ波プラズマＣＶＤなど
のＣＶＤ法があげられるが、その他の既知の方法を用い
ることができる。このダイヤモンド薄膜の合成のための
ＣＶＤ法に用いる原料ガスとしては、メタンやアセチレ
ンなどの炭化水素、アルコールやアセトンなどの含酸素
有機物、ならびにＣＯなどの炭素源になるガスと、水素
とを混合させたものが好適である。
上に、ダイヤモンド薄膜を合成する方法は、主として、
熱フィラメントＣＶＤやマイクロ波プラズマＣＶＤなど
のＣＶＤ法があげられるが、その他の既知の方法を用い
ることができる。このダイヤモンド薄膜の合成のための
ＣＶＤ法に用いる原料ガスとしては、メタンやアセチレ
ンなどの炭化水素、アルコールやアセトンなどの含酸素
有機物、ならびにＣＯなどの炭素源になるガスと、水素
とを混合させたものが好適である。
【００１６】このようにして合成される本発明のダイヤ
モンド薄膜は、成膜初期の結晶核形成密度が109 個／cm
2 以上となるような活性化処理が施された基板上に合成
されたダイヤモンド薄膜であって、膜厚が0.95μｍ以下
の連続膜であることを特徴とするダイヤモンド薄膜であ
り、その薄膜の表面粗さRaは、0.2 μｍ以下であること
が望ましい。より好ましいダイヤモンド薄膜の構成は、
膜厚が 0.4μｍ以下の連続膜であり、その薄膜の表面粗
さRaは、0.05μｍ以下であることが望ましい。また、活
性化処理が施された上記基板は、分子構造中に酸素を含
まない非含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に接触させた
もの、あるいは、乾燥雰囲気下の脱水した含酸素有機溶
剤中の分散硬質粒子に接触させたものであることが望ま
しい。
モンド薄膜は、成膜初期の結晶核形成密度が109 個／cm
2 以上となるような活性化処理が施された基板上に合成
されたダイヤモンド薄膜であって、膜厚が0.95μｍ以下
の連続膜であることを特徴とするダイヤモンド薄膜であ
り、その薄膜の表面粗さRaは、0.2 μｍ以下であること
が望ましい。より好ましいダイヤモンド薄膜の構成は、
膜厚が 0.4μｍ以下の連続膜であり、その薄膜の表面粗
さRaは、0.05μｍ以下であることが望ましい。また、活
性化処理が施された上記基板は、分子構造中に酸素を含
まない非含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に接触させた
もの、あるいは、乾燥雰囲気下の脱水した含酸素有機溶
剤中の分散硬質粒子に接触させたものであることが望ま
しい。
【００１７】ここで、本発明において、連続膜の膜厚
は、ダイヤモンド薄膜試料の破断面をＳＥＭで観察する
ことにより得られる値であり、また、ダイヤモンド薄膜
の表面粗さRaは、表面形状測定装置で測定した値であ
る。
は、ダイヤモンド薄膜試料の破断面をＳＥＭで観察する
ことにより得られる値であり、また、ダイヤモンド薄膜
の表面粗さRaは、表面形状測定装置で測定した値であ
る。
【００１８】このように本発明のダイヤモンド薄膜は、
合成用基板上に高い密度の結晶核を安定して形成してお
くことによって実現できる。具体的には、処理中および
処理前に酸化などによって活性点が損傷されないよう
に、合成用基板の被着面を処理することにより活性点を
基板表面に高密度に生成させ、この基板上にＣＶＤ法な
どによってダイヤモンド薄膜を合成することによって得
られる。
合成用基板上に高い密度の結晶核を安定して形成してお
くことによって実現できる。具体的には、処理中および
処理前に酸化などによって活性点が損傷されないよう
に、合成用基板の被着面を処理することにより活性点を
基板表面に高密度に生成させ、この基板上にＣＶＤ法な
どによってダイヤモンド薄膜を合成することによって得
られる。
【００１９】このような本発明のダイヤモンド薄膜は、
その表面の走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」とい
う。）観察とその膜のラマン分光分析を行った結果、図
１のＳＥＭ写真および図２に示す結果から明らかなよう
に、粒径0.４μｍ未満の非常に小さいダイヤモンド結晶
からなる均一な連続膜であることが確認できた。
その表面の走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」とい
う。）観察とその膜のラマン分光分析を行った結果、図
１のＳＥＭ写真および図２に示す結果から明らかなよう
に、粒径0.４μｍ未満の非常に小さいダイヤモンド結晶
からなる均一な連続膜であることが確認できた。
【００２０】これに対し、従来技術にかかるアセトンを
そのまま用いた場合には、図３のＳＥＭ写真に示す結果
から明らかなように、結晶核の形成密度が小さいため
に、連続膜にならないことを確認した。
そのまま用いた場合には、図３のＳＥＭ写真に示す結果
から明らかなように、結晶核の形成密度が小さいため
に、連続膜にならないことを確認した。
【００２１】
（実施例１） (1) ヘキサン30mlとダイヤモンド粉末（８〜16μｍ）１
ｇをビーカーに入れ、これに、１cm角に切断した厚さ0.
5mm のSi単結晶基板を投入し、超音波洗浄器（100W, 振
動数50kHz ）に設置して30分間超音波処理を行った。処
理後、基板を取り出してヘキサンで洗浄し室温で乾燥し
た。 (2) 前記(1) の処理を施した基板上に、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によってダイヤモンドの成膜を行った。こ
の成膜条件は、マイクロ波出力：400 Ｗ、原料ガスの流
量：CH4 ＝0.5sccm , H2＝99.5sccm、ガス圧力：40Tor
r、基板温度：900℃，成膜時間：15分, 30分, 60分, 90
分,120分,240分とした。
ｇをビーカーに入れ、これに、１cm角に切断した厚さ0.
5mm のSi単結晶基板を投入し、超音波洗浄器（100W, 振
動数50kHz ）に設置して30分間超音波処理を行った。処
理後、基板を取り出してヘキサンで洗浄し室温で乾燥し
た。 (2) 前記(1) の処理を施した基板上に、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によってダイヤモンドの成膜を行った。こ
の成膜条件は、マイクロ波出力：400 Ｗ、原料ガスの流
量：CH4 ＝0.5sccm , H2＝99.5sccm、ガス圧力：40Tor
r、基板温度：900℃，成膜時間：15分, 30分, 60分, 90
分,120分,240分とした。
【００２２】（実施例２〜７）ダイヤモンド粉末の分散
溶剤として、トリクロロエチレン（実施例２）、ヘプタ
ン（実施例３）、シクロヘキサン（実施例４）、トルエ
ンとキシレンとの体積比１：１の混合溶剤（実施例
５）、ヘキサンとトルエンとキシレンとの体積比１：
１：１の混合溶剤（実施例６）、ヘキサンとシクロヘキ
サンとトルエンとキシレンとの体積比１：１：１：１の
混合溶剤（実施例７）をそれぞれ用いたこと以外は、実
施例１と同様にしてダイヤモンドの成膜を行った。
溶剤として、トリクロロエチレン（実施例２）、ヘプタ
ン（実施例３）、シクロヘキサン（実施例４）、トルエ
ンとキシレンとの体積比１：１の混合溶剤（実施例
５）、ヘキサンとトルエンとキシレンとの体積比１：
１：１の混合溶剤（実施例６）、ヘキサンとシクロヘキ
サンとトルエンとキシレンとの体積比１：１：１：１の
混合溶剤（実施例７）をそれぞれ用いたこと以外は、実
施例１と同様にしてダイヤモンドの成膜を行った。
【００２３】（実施例８）硬質粒子として、ダイヤモン
ド粉末の代わりに炭化珪素粉末（８〜12μｍ）１ｇを用
いたこと以外は、実施例１と同様にしてダイヤモンドの
成膜を行った。
ド粉末の代わりに炭化珪素粉末（８〜12μｍ）１ｇを用
いたこと以外は、実施例１と同様にしてダイヤモンドの
成膜を行った。
【００２４】（実施例９）基板の活性化処理方法とし
て、超音波処理の代わりに機械的攪拌による方法を用い
たこと以外は、実施例１と同様にしてダイヤモンドの成
膜を行った。
て、超音波処理の代わりに機械的攪拌による方法を用い
たこと以外は、実施例１と同様にしてダイヤモンドの成
膜を行った。
【００２５】（実施例10）乾燥空気を導入したグローボ
ックス内で、シリカゲルにより脱水濾過したエタノール
を分散溶剤として用いて活性化処理したこと以外は、実
施例１と同様にしてダイヤモンドの成膜を行った。
ックス内で、シリカゲルにより脱水濾過したエタノール
を分散溶剤として用いて活性化処理したこと以外は、実
施例１と同様にしてダイヤモンドの成膜を行った。
【００２６】（比較例１，２）ダイヤモンド粉末の分散
溶剤として水，エタノールをそのまま用いたこと以外
は、実施例１と同様にしてダイヤモンドの成膜を行っ
た。
溶剤として水，エタノールをそのまま用いたこと以外
は、実施例１と同様にしてダイヤモンドの成膜を行っ
た。
【００２７】（比較例３）ダイヤモンド粉末の分散溶剤
として研削油を用いたこと以外は、実施例１と同様にし
てダイヤモンドの成膜を行った。
として研削油を用いたこと以外は、実施例１と同様にし
てダイヤモンドの成膜を行った。
【００２８】このようにして製造したダイヤモンド薄膜
の物性について調べた結果を表１に示す。この表１に示
す結果から明らかなように、本発明の処理方法にかかる
ダイヤモンド薄膜はいずれも、従来技術に比べて成膜初
期の核形成密度は高く、膜厚が１μｍ未満の薄膜におい
ても均一な連続膜であり、しかも基板に対する膜の密着
強度や膜表面の平滑性に優れることが判った。
の物性について調べた結果を表１に示す。この表１に示
す結果から明らかなように、本発明の処理方法にかかる
ダイヤモンド薄膜はいずれも、従来技術に比べて成膜初
期の核形成密度は高く、膜厚が１μｍ未満の薄膜におい
ても均一な連続膜であり、しかも基板に対する膜の密着
強度や膜表面の平滑性に優れることが判った。
【００２９】
【表１】
【００３０】なお、表１における各物性の評価方法を以
下に説明する。 (1) 初期核形成密度 連続膜になる直前の試料をＳＥＭで観察し、基板に形成
された結晶核の密度を数箇所で測定し、その平均値を求
めた。 (2) 平滑性（表面粗さ）Ｒａ 種々の成膜時間における被膜をＳＥＭで観察し、連続膜
になった直後のものを試料とし、この試料の表面形状を
表面形状測定装置で測定した。 (3) 連続膜になる膜厚 上記(2) 試料の破断面をＳＥＭで観察することにより、
連続膜になる膜厚を求めた。 (4) 基板との密着強度 150 Ｎの荷重をかけたダイヤモンド圧子で被膜のひっか
きを行うスクラッチ法を適用し、剥がれの有無を観察す
ることにより、被膜と基板との密着強度を評価した。
下に説明する。 (1) 初期核形成密度 連続膜になる直前の試料をＳＥＭで観察し、基板に形成
された結晶核の密度を数箇所で測定し、その平均値を求
めた。 (2) 平滑性（表面粗さ）Ｒａ 種々の成膜時間における被膜をＳＥＭで観察し、連続膜
になった直後のものを試料とし、この試料の表面形状を
表面形状測定装置で測定した。 (3) 連続膜になる膜厚 上記(2) 試料の破断面をＳＥＭで観察することにより、
連続膜になる膜厚を求めた。 (4) 基板との密着強度 150 Ｎの荷重をかけたダイヤモンド圧子で被膜のひっか
きを行うスクラッチ法を適用し、剥がれの有無を観察す
ることにより、被膜と基板との密着強度を評価した。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ダ
イヤモンドの成膜初期に高い結晶核形成密度を得ること
ができる結果、基板に対する膜の密着性および膜表面の
平滑性に優れる膜厚１μｍ未満の連続薄膜を確実に提供
することができる。これにより、本発明のダイヤモンド
薄膜は、基材との接着強度を必要とする切削工具などの
耐磨耗コーティングや、平滑性の高い超薄膜を必要とす
る電子，光学素子等への広範囲にわたる実用化が期待で
き、その産業上の利用効果は多大なものである。
イヤモンドの成膜初期に高い結晶核形成密度を得ること
ができる結果、基板に対する膜の密着性および膜表面の
平滑性に優れる膜厚１μｍ未満の連続薄膜を確実に提供
することができる。これにより、本発明のダイヤモンド
薄膜は、基材との接着強度を必要とする切削工具などの
耐磨耗コーティングや、平滑性の高い超薄膜を必要とす
る電子，光学素子等への広範囲にわたる実用化が期待で
き、その産業上の利用効果は多大なものである。
【図１】本発明にかかるダイヤモンド薄膜表面の結晶構
造を示す電子顕微鏡写真である。
造を示す電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明にかかるダイヤモンド薄膜のラマン分光
分析結果を示す図である。
分析結果を示す図である。
【図３】従来技術にかかるダイヤモンド薄膜表面の結晶
構造を示す電子顕微鏡写真である。
構造を示す電子顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長本 英俊 千葉県松戸市常盤平７−３ 常盤平団地２ −13−306 (72)発明者 中田 忍 東京都町田市忠生４−15−17
Claims (12)
- 【請求項１】 成膜初期の結晶核形成密度が109 個／cm
2 以上となるような活性化処理が施された基板上に合成
されたダイヤモンド薄膜であって、膜厚が0.95μｍ以下
の連続膜であることを特徴とするダイヤモンド薄膜。 - 【請求項２】 活性化処理が施された上記基板は、分子
構造中に酸素を含まない非含酸素有機溶剤中の分散硬質
粒子に接触させたものである請求項１に記載のダイヤモ
ンド薄膜。 - 【請求項３】 活性化処理が施された上記基板は、乾燥
雰囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒子に
接触させたものである請求項１に記載のダイヤモンド薄
膜。 - 【請求項４】 膜厚が 0.4μｍ以下の連続膜である請求
項１〜３のいずれか１つに記載のダイヤモンド薄膜。 - 【請求項５】 薄膜の表面粗さRaが、0.2 μｍ以下であ
る請求項１に記載のダイヤモンド薄膜。 - 【請求項６】 薄膜の表面粗さRaが、0.05μｍ以下であ
る請求項４に記載のダイヤモンド薄膜。 - 【請求項７】 基板上にダイヤモンド薄膜を合成するの
に先立つ基板の活性化処理に当たり、成膜前の基板を、
分子構造中に酸素を含まない非含酸素有機溶剤中の分散
硬質粒子に接触させることを特徴とするダイヤモンド薄
膜合成用基板の処理方法。 - 【請求項８】 基板上にダイヤモンド薄膜を合成するの
に先立つ基板の活性化処理に当たり、成膜前の基板を、
乾燥雰囲気下の脱水した含酸素有機溶剤中の分散硬質粒
子に接触させることを特徴とするダイヤモンド薄膜合成
用基板の処理方法。 - 【請求項９】 上記非含酸素有機溶剤は、炭化水素系有
機溶剤である請求項７に記載の処理方法。 - 【請求項10】 上記炭化水素系有機溶剤は、ヘキサン，
シクロヘキサン，トルエン，キシレンのうちから選ばれ
る少なくとも１種以上の溶剤である請求項９に記載の処
理方法。 - 【請求項11】 上記分散硬質粒子として、ダイヤモンド
微粒子を用いる請求項７または８に記載の処理方法。 - 【請求項12】 有機溶剤中の分散硬質粒子への上記基板
の接触は、超音波振動させることによって行う請求項７
または８に記載の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18152593A JPH07196399A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | ダイヤモンド薄膜とダイヤモンド薄膜合成用基板の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18152593A JPH07196399A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | ダイヤモンド薄膜とダイヤモンド薄膜合成用基板の処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07196399A true JPH07196399A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=16102294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18152593A Pending JPH07196399A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | ダイヤモンド薄膜とダイヤモンド薄膜合成用基板の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07196399A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11180797A (ja) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Sharp Corp | ダイヤモンド形成用基体の製造方法 |
| JP2010248586A (ja) * | 2009-04-17 | 2010-11-04 | Japan Vilene Co Ltd | ダイヤモンド被覆構造体及びその製造方法 |
| US20210237168A1 (en) * | 2018-09-28 | 2021-08-05 | Guangdong University Of Technology | Silicon nitride ceramic tool comprising diamond film and method of preparing the same |
-
1993
- 1993-07-22 JP JP18152593A patent/JPH07196399A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11180797A (ja) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Sharp Corp | ダイヤモンド形成用基体の製造方法 |
| JP2010248586A (ja) * | 2009-04-17 | 2010-11-04 | Japan Vilene Co Ltd | ダイヤモンド被覆構造体及びその製造方法 |
| US20210237168A1 (en) * | 2018-09-28 | 2021-08-05 | Guangdong University Of Technology | Silicon nitride ceramic tool comprising diamond film and method of preparing the same |
| JP2022503834A (ja) * | 2018-09-28 | 2022-01-12 | 広東工業大学 | ダイヤモンドコーティング窒化ケイ素セラミック全体ツール及びその製造方法並びに黒鉛におけるツールの応用 |
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