JPH07309696A

JPH07309696A - ダイヤモンド結晶およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07309696A
Application number: JP8469695A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Ishikura; 威文石倉; Satoshi Yamashita; 敏山下; Shinichi Oga; 伸一男鹿; Hiroshi Kawarada; 洋川原田
Original assignee: Tokyo Gas Chemicals Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Chemicals Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】基板と平行な配向面が極めて小さくて尖ったダ
イヤモンド結晶およびそのようなダイヤモンド結晶の製
造方法を提供する。【構成】化学的気相成長法により基板上に合成されるダ
イヤモンド結晶の（１１１）配向面が基板面と平行でか
つ該基板面と平行な（１１１）配向面の面積が結晶の該
基板上の面積の１／２４以下である。また炭素と結合し
ない材質からなる基板上で、少なくとも炭素と水素とを
含みかつ原料ガスの全分子数に対する炭素原子数の割合
が０．５％以下である原料ガスを活性化し、基板上に、
（１１１）配向面が基板面と平行でかつ基板面と平行な
（１１１）配向面の面積が結晶の基板上の面積の１／２
４以下であるダイヤモンド結晶を析出させる。基板に銅
板を用い、原料ガスは少なくともメタンガスと水素ガス
とを含み、メタンガスの濃度を０．５％以下とするのが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子材料や工具あるい
は硬度測定などに優れた特性を有するダイヤモンド結晶
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、極めて大きな熱伝導
性、高い硬度、大きな耐摩耗性、極めて大きな屈折率と
反射率、電気伝導性など特異な物性を有していることか
ら、装飾品としてはもちろんのこと、硬度計、工具、研
磨材、電子材料などに利用されており、最近は半導体素
材への応用も検討されている。

【０００３】ダイヤモンドの数々の優れた電気的特性の
１つに、表面から電子を放出しやすいという負の電子親
和力を安定して示すことが知られており、その特性を応
用した電子部品の１つとして冷陰極が注目されている
（日経サイエンス１９９２年１２月号第１２９頁および
第１３０頁）。またこの特性の別の応用例として、物質
の表面の原子構造を解析するＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦ
ｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＳＴＭ（Ｓｃａｎ
ｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のよ
うな装置の探針としてダイヤモンド結晶を利用すること
が考えられている。

【０００４】ダイヤモンドは結晶面によって原子の密度
や原子の配列が異なるためにその物性も異なり、（１１
１）面が負の電子親和力を持ち、上記の応用面で有利で
あることが知られている。また電子の放出は平面部より
も尖鋭な部分ほど電界が集中し易いことから大きくなる
ことが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、気相
からダイヤモンドを低圧で合成する化学的気相成長法
（ＣＶＤ法）が研究、開発され、種々の方式のＣＶＤ法
が試みられているが、上述したような応用面を考える
と、ＣＶＤ法により合成されるダイヤモンドの結晶配向
や形状が任意に制御できることが必要である。

【０００６】従来、ＣＶＤ法により合成されるダイヤモ
ンドの結晶方向を制御する技術がわずかではあるが知ら
れている。その１つは、エピタキシャル成長法と呼ばれ
ている方法で、この方法によれば、ダイヤモンドを析出
させる基板として同じダイヤモンドあるいはごく限られ
た材料（たとえば炭化ケイ素、シリコン、立方晶窒化ホ
ウ素、ニッケルなど）を用いることによりダイヤモンド
をその基板の結晶方向と同じ方向に配向させることがで
きる（雑誌「表面科学」第１５巻第２号、第９１頁〜第
９５頁、平成６年３月１０発行）。また別の方法とし
て、特開平２−１６０６９５号には、銅の単結晶基板に
有機化合物を含有する原料ガスを活性化して（１１１）
面が基板と平行に成長した六−八面体の単結晶的なダイ
ヤモンドを析出させる方法が提案されている。

【０００７】これらの方法を用いれば、（１１１）面に
配向したダイヤモンドを合成することはできるが、応用
面としての冷陰極や物質表面の原子構造の解析装置に用
いるのに好適な形状とするためにはその後ダイヤモンド
結晶の一部を電界を集中させるために尖鋭にする加工が
必要になる。

【０００８】ところでダイヤモンドを対象としたもので
はないが、単結晶シリコンで作製した冷陰極の１種であ
る電界放射形冷陰極の一部に尖鋭なエミッタを作製する
方法として、（１）真空蒸着を利用する方法、（２）異
方性エッチングを利用する方法、（３）膜の堆積形状を
利用する方法、（４）イオンミリング法などが知られて
いる（「電子工業月報」第３２巻第１２号、１９９０年
１２月発行第２３頁ないし第２５頁）。これらの方法
のうち（１）および（３）の方法はシリコン基板に蒸着
によりエミッタを形成する方法なのでダイヤモンドの尖
鋭加工には適用することはできないし、（２）の方法
は、ダイヤモンドの異方性エッチングが難しい上に、単
結晶にしか適用できないので現状大面積のダイヤモンド
単結晶が合成不可能である以上、この方法も利用できな
い。（４）の方法は結晶にイオンビームを当て結晶の方
向によらず等方的に加工する方法であるが、ダイヤモン
ドはイオンにより削りにくく時間が掛る上イオンビーム
のエネルギー制御が微妙で実用化が困難である。

【０００９】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、第１の目的は、基板と平行な（１１１）配向面が
極めて小さくて尖鋭加工が不要なダイヤモンド結晶を提
供することにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、上記第１の目的と
して提供するダイヤモンド結晶を製造する方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第１の目的
を達成するために、化学的気相成長法により基板上に合
成されるダイヤモンド結晶の（１１１）配向面が基板面
と平行でかつ該基板面と平行な（１１１）配向面の面積
を結晶の該基板上の面積の１／２４以下とした。

【００１２】また本発明の第２の目的を達成するため
に、炭素と結合しない材質からなる基板上で、原料ガス
は少なくとも炭素を含む化合物と水素ガスとを含み、原
料ガスの全分子数に対する炭素原子数の割合が０．５％
以下である原料ガスを活性化し、基板上に、（１１１）
配向面が基板面と平行でかつその（１１１）配向面の面
積が結晶の基板上の面積の１／２４以下のダイヤモンド
を析出させるダイヤモンド結晶の製造方法を提供する。

【００１３】本発明による製造方法においては、原料ガ
スに含まれる炭素化合物の種類は１種類でも複数種類の
組み合わせでもよい。また基板には銅板を用い、原料ガ
ス中に含まれる炭素原子に対して酸素原子の割合が１：
１以下の酸素を含むことが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明は以上の構成によって、少なくとも炭素
を含む化合物とメタンガスと水素とを含有する原料ガス
と、銅のような炭素と結合しない材質の基板を用い、原
料ガスの全分子数に対する炭素原子数の割合を約０．５
％以下とすることによって、結晶成長の初期の段階では
平板状であるが、その後成長が進むにつれて基板面と平
行な（１１１）面が結晶の基板上の面積の１／２４以下
にまで尖鋭化したダイヤモンド結晶が合成される。この
ようにダイヤモンド結晶の（１１１）面が基板面と平行
でその（１１１）面の面積が結晶の基板面上の面積の１
／２４以下であるので、尖鋭加工が不要である。

【００１５】

【実施例】以下に本発明を実施例について詳細に説明す
る。

【００１６】以下に説明する実施例はマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法によるダイヤモンド合成に係る例であり、図
１にダイヤモンド合成装置であるマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を示す。

【００１７】この装置は従来知られているものと同じ構
造で、１はダイヤモンドを合成する石英製の反応容器、
２は反応容器１内に設けられた基板支持台、３はマイク
ロ波を反射する反射板、４は励起源としてのマイクロ波
発振器、５はマイクロ波発振器４により発生されるマイ
クロ波を反応容器１の反応場Ｆ（破線の丸で示す）に導
く導波管であり、導波管５にはマイクロ波発振器４に供
給される電力を監視する電力モニタ６が設けられてい
る。

【００１８】上記装置によりダイヤモンドを合成するに
は、まず反応容器１を高真空にし、ガス導入口１ａか
ら、原料ガスとして、メタン、エタン、プロパン、ブタ
ン、エチレン、ベンゼンなどの炭化水素ガスと、酸素
と、水素のあらかじめ定めた割合の混合ガスを反応容器
１内に導入し、マイクロ波発振器４を起動させ導波管５
を介してマイクロ波を反応容器１の反応場Ｆに導きプラ
ズマを生成する。混合ガスの導入により反応容器１内の
圧力を４０Ｔｏｒｒに維持する。その後基板支持台２に
ダイヤモンド析出用の基板１０としての銅板を乗せたも
のを反応容器１内の反応場Ｆに形成されているプラズマ
内に入れる。このとき基板である銅板の温度は約６５０
℃ないし８４０℃になっており、反応容器１の反応場Ｆ
の周辺部は冷却水で冷却されている。約５０分後には基
板１０上に（１１１）面に配向ししかもその配向面が基
板１０上のダイヤモンド面の１／２４以下のダイヤモン
ド結晶が成長する。

【００１９】次に本発明者らが行ったダイヤモンドの合
成実験を説明する。

【００２０】実験には図１に示すマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を用いた。マイクロ波発振器４の発振周波数は
２４５０ＭＨ_Z 、出力は５００Ｗ〜６００Ｗである。ダ
イヤモンド合成のための原料ガスは、メタンガスと、酸
素と、水素との混合ガスまたは酸素を含まないメタンガ
スと水素だけの混合ガスであり、全原料ガスの供給量は
１００ｃｃｍ（ｃｍ³ ／分）一定とし、メタンと酸素の
供給量またはメタンの供給量を変えた。ダイヤモンドを
析出させる基板１０には単結晶および多結晶の銅板を用
い、銅板との比較をするために単結晶シリコンの（１０
０）面も用いた。基板１０の温度は６５０℃〜８４０℃
であった。

【００２１】実験の結果を表１に示す。

【００２２】実験Ｎｏ．１〜４および１３は基板１０と
して多結晶の銅板を用いたものであり、実験Ｎｏ．６〜
１２は単結晶の銅板を用いたものである。多結晶の銅板
については、「銅（多）」として示し、単結晶の銅板に
ついてはダイヤモンドを析出させる面の結晶面も示して
ある（たとえば、「銅(100) 」）。メタンおよび酸素に
ついては供給量（ｃｃｍ）を示し、さらに原料ガスにお
ける炭素原子数の割合（メタン濃度）ＣＮＲと、炭素と
酸素との原子数比（Ｃ：Ｏ）を示してある。なお、本発
明において、「炭素原子数の割合ＣＮＲ」は次の数１で
表わされる。

【００２３】

【数１】炭素原子数の割合ＣＮＲ（％）＝（炭素化合物の供給量）×（炭素化合物１分子中の炭素原子数）／原料ガスの供給量＝（炭素化合物の分子数）×（炭素化合物１分子中の炭素原子数）／原料ガスの全分子数＝炭素原子数／原料ガスの全分子数また結晶の尖鋭度を示すａ／ｂのうち、ａは基板１０上
に析出したダイヤモンド結晶の（１１１）配向面の面
積、ｂは同ダイヤモンド結晶の基板１０上の面積である
（図２（ｂ）参照）。

【００２４】

【表１】実験結果の考察に先立ち、ダイヤモンド結晶の先鋭化に
ついて説明する。

【００２５】図２（ａ）にはダイヤモンド結晶の（１１
１）配向面を斜線で示してあり、Ｉ、II、III・・・の
順に先鋭化が進んでいる。図２（ａ）ＩＩＩの結晶につ
いて図２（ｂ）に示したように、（１１１）配向面の面
積をａ、基板上における底面積をｂとして、ａ／ｂの値
で先鋭化の程度すなわち先鋭度を表すものとする。たと
えば図２（ａ）IIの形状の結晶の先鋭度ａ／ｂは１／６
である。いまこの図２（ａ）IIの結晶の（１１１）配向
面（斜線の三角形）を４等分してできた部分（網掛けで
示す）ｃが（１１１）配向面であるダイヤモンド結晶の
先鋭度ａ／ｂは１／２４となるが、この程度の先鋭度が
あれば広い応用面が考えられるので、本発明では先鋭度
ａ／ｂが１／２４以下の場合を「先鋭化」有りと定義す
る。

【００２６】そこでまず、基板１０に多結晶の銅板を用
いた実験Ｎｏ．１〜４の結果について考察する。

【００２７】実験で得られたダイヤモンド結晶につい
て、図２（ａ）には（１１１）配向面を模式的に斜線で
示し、図３（ａ）〜（ｅ）には結晶構造の顕微鏡写真を
示す。図３の顕微鏡写真において黒っぽい三角形状部分
が基板１０と平行な（１１１）配向面であり、この（１
１１）配向面に注目すると、メタン濃度が１．０％（図
３（ａ）に示す）から０．８％（図３（ｂ）に示す）位
までの間は（１１１）配向面の面積ａと底面積ｂとの比
ａ／ｂは１／６で尖鋭化は認められないが、メタン濃度
が０．５％（図３（ｃ）に示す）以下になると（１１
１）配向面の大きさはａ／ｂ＝１／２４以下となり、か
なりの尖鋭化が認められるようになり、メタン濃度がさ
らに小さくなって０．４％（図３（ｄ）に示す）になる
と（１１１）配向面の大きさはａ／ｂ＝１／１００以下
となり、極めて尖鋭化されることが認められる。ここで
注意しなければならないことは、本発明により合成され
るダイヤモンドは基板１０と平行な（１１１）配向面だ
けが面積が減少していき、ダイヤモンド結晶の尖鋭化に
寄与することである。

【００２８】実験Ｎｏ．５は基板１０に単結晶シリコン
を用いた場合を示しており、メタン濃度も酸素濃度も小
さいものの、図３（ｅ）からわかるように、合成される
ダイヤモンド結晶は（１１１）配向している結晶が少な
いだけでなく、尖鋭化が認められない。

【００２９】次に単結晶の銅板を基板として用いた実験
Ｎｏ．６〜１２の結果について考察する。

【００３０】実験Ｎｏ．７、９、１１では多結晶の銅板
を用いた場合と同様に、メタン濃度が０．４％以下なら
ばａ／ｂは１／２４以下となり十分な尖鋭化が認められ
た。また実験Ｎｏ．１２のように酸素を全く用いない場
合でもａ／ｂ＝１／２４で尖鋭化が認められた。

【００３１】図４（ａ）〜（ｇ）は実験Ｎｏ．６〜１２
に対応するダイヤモンド結晶の結晶構造を示す顕微鏡写
真である。

【００３２】図４（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はメタン濃度
が１．０％の場合であり、実験Ｎｏ．６、８、１０に対
応し、（１１１）配向はしているが、先鋭化は認められ
ない。これに対して図４（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は実験
Ｎｏ．７、９、１１に対応し、（１１１）配向とともに
先鋭化が認められる。

【００３３】次に銅板の基板温度を高くして合成した実
験Ｎｏ．１３について説明する。他の条件はすべて同じ
で基板温度のみ低い実験Ｎｏ．４（ａ／ｂは１／１００
以下）には尖鋭度は劣るものの、ａ／ｂは１／２４であ
り、やはり尖鋭化が認められた。

【００３４】図３および図４は１枚の写真に複数のダイ
ヤモンド粒子が比較的小さく写っているために問題の
（１１１）配向面が見にくいかもしれないので、図５に
（１１１）面の大きさが異なる３つのダイヤモンド粒子
について大写しで示す。図５（ａ）はａ／ｂ＜約１／１
００、（ｂ）はａ／ｂ＝約１／６、（ｃ）はａ／ｂ＝約
１／３の各場合を示す。また図６はダイヤモンド結晶の
尖鋭度を示す顕微鏡写真で、（ａ）は尖鋭度がａ／ｂ＜
約１／１００のダイヤモンド結晶を真上すなわち（１１
１）方向から見たもの、（ｂ）は同結晶を５０°傾けて
見たもの、（ｃ）は同結晶を８０°傾けて見たもの、
（ｄ）は同結晶の複数個を７５°傾けて見たものであ
る。図６からダイヤモンド結晶の尖鋭形状がよくわかる
ものと思われる。

【００３５】本発明におけるダイヤモンド粒子は個々の
粒子の形状が容易に観察できる程度に孤立した状態にあ
る。一般に、ダイヤモンドの多結晶連続膜では２次核形
成と呼ばれる新たな核形成が起り易いために、粒子の配
向性や形状の制御が困難である。これに対して孤立粒子
には粒界がないことから、連続膜と比較して結晶性が優
れていることが知られており、良好な材料特性が期待で
きる。

【００３６】したがって、孤立粒子の状態を保つために
核形成密度に対応した合成時間を制御する必要がある。
たとえば、ダイヤモンドの核形成密度を１×１０⁴ 個／
ｍｍ² に制御する場合には、孤立粒子の状態を保つため
に合成時間も制御して、少なくともダイヤモンド結晶粒
子の粒径を１０μｍ以下に抑える必要がある。なぜなら
粒子の平均粒径が１０μｍを越えると粒子が基板をほと
んど覆ってしまい、連続膜になることが計算により容易
にわかるからである。

【００３７】本発明者らの実験によれば、メタン供給量
が０．５ｃｃｍの場合はダイヤモンド粒子の成長速度は
０．５μｍ／時程度であるので、ダイヤモンド核形成密
度を１×１０⁴ 個／ｍｍ² とすると、合成時間は約２０
時間より短くする必要がある。

【００３８】図７（ａ）〜（ｄ）は基板である銅板上の
同じ領域についてダイヤモンド結晶粒の動きを時間の経
過とともに観察した顕微鏡写真であり、（ａ）は合成開
始後１５分経過、（ｂ）は３０分経過、（ｃ）は４０分
経過、（ｄ）は５０分経過後のダイヤモンド結晶粒の状
態を示す。

【００３９】写真中に白矢印で示した結晶粒に注目する
と、１５分経過した図７（ａ）から３０分経過した図７
（ｂ）までの間に位置を大きく変えており、４０分経過
の図７（ｃ）ではさらに大きく動いていることが他の結
晶粒との位置関係からわかる。この移動現象は特に結晶
粒が小さい初期の段階で顕著である。

【００４０】図８（ａ）〜（ｄ）はダイヤモンド結晶粒
の成長過程を示す写真である。

【００４１】写真中に白矢印で示した結晶粒子に注目す
ると、図８（ａ）ではまだ平板状であるが（図８（ｅ）
に示した模式図の段階１または２に相当する）、図８
（ｂ）になるとａ／ｂ＝１／６程度に成長し（図８
（ｅ）の段階４に相当する）、図８（ｃ）になると、ａ
／ｂが約１／１０以下となって尖鋭化がある程度進行し
（図８（ｅ）の段階５に相当する）、図８（ｄ）になる
と、ａ／ｂが１／２４以下に尖鋭化が進行する（図８
（ｅ）の模式図の段階６に相当する）。このときの結晶
粒径は約２００ｎｍである。このことから、本実施例で
はａ／ｂが１／２４以下の尖鋭化した粒径が約２００ｎ
ｍのダイヤモンド結晶粒子が合成されていることがわか
る。

【００４２】次に本発明者らは、図８（ａ）〜（ｄ）の
顕微鏡写真からダイヤモンド結晶粒の動きを観察した結
果、本発明による合成条件のもとでダイヤモンド結晶が
合成の初期の段階で銅基板上で（１１１）配向する理由
を推定したので図９（ａ）〜（ｃ）を参照して以下に説
明する。

【００４３】まず図９（ａ）の段階においては、銅板上
にダイヤモンドの核が形成される。このときのダイヤモ
ンド結晶粒の形状は、観察結果によると、図８（ｅ）に
示す模式図の段階１、２に示す板状のものが多い。微小
なダイヤモンドは（１１１）面が大きく現れた平板状形
状を有していることがわかる。

【００４４】次に、図９（ｂ）の段階においては、得ら
れた微小なダイヤモンド結晶は銅板上において移動、回
転を行なっている。このような移動現象が起きているこ
とから、平板状のダイヤモンドが移動中に大きい平板面
である（１１１）面を基板である銅板に対して平行に向
けるようになることが確認できた。この移動現象は特に
１００ｎｍ以下の結晶において顕著である。

【００４５】図９（ｃ）の段階においては、ダイヤモン
ド結晶粒が成長し５００ｎｍを越えると、結晶粒の移動
はほとんど起こらなくなる。すでに方向が固定したダイ
ヤモンド結晶粒は成長を続け、その結果（１１１）配向
したダイヤモンド結晶が数多く得られる。（１１１）に
配向した結晶の割合は７０〜８０％である。

【００４６】以上で本発明の実施例の説明を終わるが、
本発明で使用できるダイヤモンド合成用の原料ガスとし
ては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘキサン、
エチレン、ベンゼン、アセチレンなどの炭化水素と水素
ガスとの混合ガス、この混合ガスに酸素ガスまたは二酸
化炭素を加えたもの、あるいはメタノール、エタノー
ル、アセトンなどの含酸素有機化合物と水素ガスとの混
合ガス、一酸化炭素と水素ガスとの混合ガスなどが利用
できる。本発明によるダイヤモンドの合成に用いられる
原料ガスの構成成分である炭素成分は炭素化合物の種類
によらない。

【００４７】本実施例では基板として銅板を用いたが、
ダイヤモンド結晶が配向する理由が上で説明したように
なるので、ダイヤモンド結晶の配向時の振舞いが同じで
あるような材質すなわち炭素と結合しない材質（たとえ
ば白金、金、銀）の基板であれば銅板に代えて使用する
ことができる。さらに、本発明の基板は、無垢の金属材
料だけでなく、たとえばシリコン、酸化ケイ素、窒化ケ
イ素、炭化ケイ素、サファイア、モリブデン、タングス
テンのようなダイヤモンドを合成する環境で安定な材料
に、真空蒸着、スパッタリング、イオンビーム成膜、イ
オンプレーティングなどのＰＶＤ法、ＣＶＤ法、メッキ
などにより銅、金、銀、白金などの薄膜を成膜したもの
でもよい。

【００４８】また本実施例ではマイクロ波プラズマを用
いたプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド結晶を合成し
たが、本発明は直流放電プラズマ、熱プラズマ、高周波
熱プラズマを利用することもできるし、熱フィラメント
ＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ法、アークジェット法なども
利用することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低圧下でのＣＶＤ法により結晶の（１１１）面が基板面
と平行でその（１１１）面の面積が結晶の基板面上の面
積の１／２４以下の先端の尖ったダイヤモンド結晶が得
られるので、従来の技術では困難とされている尖鋭加工
が不要である。本発明により得られ得るダイヤモンド結
晶は電子親和力が負である（１１１）面に配向してお
り、しかも先端が尖鋭化しているので、現在真空マイク
ロエレクトロニクスの分野で注目されている微小冷陰極
電子源としてまた原子構造解析装置用の探針として利用
することができる。また硬度計の圧子としても利用でき
ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるダイヤモンド結晶を製造するた
めのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図
である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）はダイヤモンド結晶の（１１
１）配向面を模式的に示し、（ｆ）は本発明での結晶の
尖鋭度の定義を説明する図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明により異なる合成条
件で製造されたダイヤモンド結晶の結晶構造を示す顕微
鏡写真である。

【図４】（ａ）〜（ｇ）は本発明により異なる合成条件
で製造されたダイヤモンド結晶の結晶構造を示す顕微鏡
写真である。

【図５】本発明によるダイヤモンド結晶の尖鋭状態を示
すための結晶構造の平面的な顕微鏡写真である。

【図６】本発明によるダイヤモンド結晶の尖鋭状態を
示すための結晶構造の斜め上方から見た顕微鏡写真であ
る。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明により製造されるダ
イヤモンド結晶粒の成長過程を示す結晶構造の顕微鏡写
真である。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は本発明により製造されるダ
イヤモンド結晶粒の動きを時間の経過とともに示す結晶
構造の顕微鏡写真、（ｅ）はダイヤモンド結晶粒の成長
過程を模式的に示す。

【図９】（ａ）〜（ｃ）はダイヤモンド結晶の（１１
１）面の配向理由を模式的に示す。

【符号の説明】

１反応容器２基板支持台３反射板４マイクロ波発振器５導波管６電力モニタ１０基板

【手続補正書】

【提出日】平成７年４月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【作用】本発明は以上の構成によって、少なくとも炭素
を含む化合物と水素とを含有する原料ガスと、銅のよう
な炭素と結合しない材質の基板を用い、原料ガスの全分
子数に対する炭素原子数の割合を約０．５％以下とする
ことによって、結晶成長の初期の段階では平板状である
が、その後成長が進むにつれて基板面と平行な（１１
１）面が結晶の基板上の面積の１／２４以下にまで尖鋭
化したダイヤモンド結晶が合成される。このようにダイ
ヤモンド結晶の（１１１）面が基板面と平行でその（１
１１）面の面積が結晶の基板面上の面積の１／２４以下
であるので、尖鋭加工が不要である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】

【表１】実験結果の考察に先立ち、ダイヤモンド結晶の
尖鋭化について説明する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】図２（ａ）にはダイヤモンド結晶の（１１
１）配向面を斜線で示してあり、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ・・
・の順に尖鋭化が進んでいる。図２（ａ）ＩＩＩの結晶
について図２（ｂ）に示したように、（１１１）配向面
の面積をａ、基板上における底面積をｂとして、ａ／ｂ
の値で尖鋭化の程度すなわち尖鋭度を表すものとする。
たどえば図２（ａ）ＩＩの形状の結晶の尖鋭度ａ／ｂは
１／６である。いまこの図２（ａ）ＩＩの結晶の（１１
１）配向面（斜線の三角形）を４等分してできた部分
（網掛けで示す）ｃが（１１１）配向面であるダイヤモ
ンド結晶の尖鋭度ａ／ｂは１／２４となるが、この程度
の尖鋭度があれば広い応用面が考えられるので、本発明
では尖鋭度ａ／ｂが１／２４以下の場合を「尖鋭化」有
りと定義する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】図４（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はメタン濃度
が１．０％の場合であり、実験Ｎｏ．６、８、１０に対
応し、（１１１）配向はしているが、尖鋭化は認められ
ない。これに対して図４（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は実験
Ｎｏ．７、９、１１に対応し、（１１１）配向とともに
尖鋭化が認められる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】（ａ）Ｉ〜Ｖはダイヤモンド結晶の（１１
１）配向面を模式的に示し、（ｂ）は本発明での結晶の
尖鋭度の定義を説明する図である。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 37/00 ＣＧ (72)発明者川原田洋神奈川県横浜市都筑区中川２−９−８− 405

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学的気相成長法により基板上に合成さ
れるダイヤモンド結晶であって、（１１１）配向面が基
板面と平行でかつ該基板面と平行な（１１１）配向面の
面積が結晶の該基板上の面積の１／２４以下であること
を特徴とするダイヤモンド結晶。
【請求項２】結晶粒子の直径が２００ｎｍ以上である
請求項１に記載のダイヤモンド結晶。
【請求項３】炭素と結合しない材質からなる基板上
で、少なくとも炭素と水素を含みかつ原料ガスの全分子
数に対する炭素原子数の割合が０．５％以下である原料
ガスを活性化し、前記基板上に請求項１に記載のダイヤ
モンド結晶を析出させることを特徴とするダイヤモンド
結晶の製造方法。
【請求項４】前記原料ガス中に含まれる炭素原子に対
して酸素原子の割合が１：１以下の酸素を含む請求項３
に記載のダイヤモンド結晶の製造方法。
【請求項５】前記原料ガス中の炭素がメタンガスによ
るものである請求項３または４に記載のダイヤモンド結
晶の製造方法。
【請求項６】前記基板が銅板である請求項３ないし請
求項５のいずれか１項に記載のダイヤモンド結晶の製造
方法。
【請求項７】前記基板の温度が６７０℃〜７２５℃で
ある請求項６に記載のダイヤモンド結晶の製造方法。
【請求項８】前記原料ガスが高周波、直流またはマイ
クロ波を励起源とするプラズマにより活性化される請求
項３ないし請求項７のいずれか１項に記載のダイヤモン
ド結晶の製造方法。
【請求項９】前記原料ガスが熱フィラメントにより活
性化される請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記
載のダイヤモンド結晶の製造方法。
【請求項１０】前記原料ガスがアークジェットにより
活性化される請求項３ないし請求項７のいずれか１項に
記載のダイヤモンド結晶の製造方法。