JPH0764676B2 - ダイヤモンド合成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化学気相成長法によるダイヤモンド合成装置
に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、熱分解によるダイヤモンドを合成する装置に
おいて、電子が放出される程度に加熱された加熱体を振
動させることにより、加熱温度を従来に比べ低くした
り、加熱体・基材間距離を従来より大きくしたりしても
ダイヤモンドを合成しうるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、化学気相成長法によるダイヤモンド合成法及びそ
の装置について、種々のものが提案されている。原料と
して、炭化水素と水素の混合ガス或いはメチル基を含む
有機化合物（ガス化するか又は液のまま）と水素の混合
物或いはこれらにアルゴン等の不活性ガスを少量加えた
ものを使用し、分解エネルギーとして熱のほかに電子線
や高電子エネルギー放電、光又はプラズマ等を用いるも
のが知られている。

第４図は、熱分解のみによるダイヤモンド合成装置の従
来例を示す系統図である。この図において、（１）は炭
化水素及び水素又は有機化合物及び水素などの反応ガス
供給装置、（２）は加熱炉、（３）は基材支持台、
（４）は反応管、（５）は基材、（６）はタングステン
・フィラメント、（７）は排気装置、（８）は排気口、
（９），（10），（11），（12）はコックを示す。

まず、反応管（４）内の基材支持台（３）に基材（５）
を載置した後、排気装置（７）で反応管（４）内の空気
を排気する。次に、コック（10），（11），（12）で混
合ガスの濃度及び流量を調整してこれを反応管（４）内
に導入し、コック（９）で反応管（４）内を所定の圧力
に保持する。混合ガスは反応管（４）の上部から導入さ
れ、基材支持台（３）の近傍に配置されたダングステン
・フィラメント（６）を通過して基材（５）の表面に供
給される。加熱炉（２）及びタングステン・フィラメン
ト（６）をそれぞれ所定の温度まで加熱すると、基材
（５）の表面に膜状ダイヤモンドが析出される。この場
合、反応管（４）内の圧力は真空に限らず常圧となるこ
ともできるが、基材（５）の温度は約500〜900℃、タン
グステン・フィラメント（６）の温度は約2000〜2300℃
とする必要がある。また、タングステン・フィラメント
（６）と基材（５）との距離は、通常5mm位である。

第５図は、熱分解と電子線分解を併用するダイヤモンド
合成装置の従来例の要部を示す略断面図である。この図
において、第４図と対応する部分には同じ符号を付して
あり、（13）は、基材支持台（３）とタングステン・フ
ィラメント（６）間に電子線を発生させるための直流電
源を示す。この場合は、やや厚い膜状ダイヤモンドが得
られるが、やはりダングステン・フィラメント（６）の
温度は約2000℃とする必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、熱分解又は熱分解と電子線分解を用いる
ダイヤモンド合成装置においては、例えば加熱体をダン
グステン・フィラメントとした場合、加熱温度を2000℃
以上とする必要があり、ダイヤモンド析出上及び加熱体
自身の寿命の点からも好ましくない。また、フィラメン
トと基材の距離が短いため、基材が熱によって損傷する
欠点がある。

したがって、本発明は、加熱体の温度を従来より低くし
ても、また加熱体と基材の距離を従来より大きくして
も、ダイヤモンドを析出しうるダイヤモンド合成装置を
提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来のダイヤモンド合成装置に加熱体を振動
させる手段を設けることにより、上記の問題点を解決し
た。

〔作用〕

電子が放出される程度に加熱された加熱体を振動させる
と、加熱による金属分子の振動に更に加熱体自身の振動
が加わって電子が飛び出し易くなるので、1800℃以下で
は起こりにくい熱電子放出が1800℃又はこれより低い温
度でも発生し、光輝体となる。放出される電子はダイヤ
モンド合成上有効な作用をするが、振動が加わることに
より電子の飛ぶ距離が数mm伸びるのでダイヤモンド合成
で欠かすことのできない光輝現象が起き易くなり、加熱
体と基材の距離を大きくすることができる。

〔実施例〕

第１図〜第３図は、それぞれ本発明の第１〜第３の実施
例を示す略図である。これらの図において、第４図と対
応する部分には同一又は類似の符号を付してある。

第１図において、（２′）は基材（５）を加熱するため
のヒーター、（４′）は反応室、（14）は振動手段とし
ての低周波振動発生機を示す。加熱体としてのフィラメ
ント兼光輝体（６）は、タングステンのほかにモリブテ
ン、タンタル、チタン又はセラミック等より成るものを
用いることができる。低周波振動発生機（14）として
は、例えば80ヘルツの超音波発振機を用いる。原料とし
ては、従来と同様、炭化水素と水素の混合ガス又はメチ
ル基を含む有機化合物（ガス又は液のまま）と水素の混
合物又はこれらにアルゴン、窒素などのダイヤモンド合
成に差し支えないガスを少量加えたものを使用する。本
例は、振動発生機を反応室内に設けた場合の例である。

第２図は、振動発生機を反応室の外部に設けた場合の例
を示す。この場合は、反応装置全体を振動させることに
なる。

上記２つの例は、いずれも板状基材（５）の表面にダイ
ヤモンドを析出させるタイプのものであるが、基材とし
て粉末状とものを使用することも可能である。

第３図はこの場合の例を示すもので、（４）は反応管、
（５′）はダイヤモンド粉末又は金属もしくは非金属無
機質の粉末である。反応管（４）は、例えば石英ガラス
より成り、その内壁面にフィラメント兼光輝体（６）を
入れる溝を形成すると、フィラメント兼光輝体（６）が
ぶら下がることを防止できる。粉末状基材（５′）は、
上方とガス導入管より反応ガスと共に反応管（４）内に
導入され、流動しながらその表面に析出するダイヤモン
ドによって被覆される。

以上は熱分解によるもののみを例示したが、更に光照射
装置や電子線発生装置などを付加してもよいことは勿論
である。

第１図の装置より、反応ガスにアセトンと水素の混合ガ
スを使用し、基材をシリコンとし、その表面温度を450
〜500℃に保ち、フィラメント兼光輝体の温度を変え、
フィラメント兼光輝体と基材間距離を変えて実験を行っ
たところ、次表のような結果を得た。

この表より、加熱温度を従来より低くしフィラメント兼
光輝体と基材間距離を従来より大きくしても、十分に膜
状ダイヤモンドが得られ、加熱温度を従来程度にすれ
ば、更にフィラメント兼光輝体と基材間距離を大きくし
ても、短い反応時間で膜状ダイヤモンドが得られること
が分かる。

なお、フィラメント兼光輝体の振動は、上述した振動発
生機を用いて物理的に振動させる方法に限らず、フィラ
メント兼光輝体への電源回路に共振回路等を設けて電気
的に振動させるようにすることもできる。

〔発明の効果〕 以上説明したとおり、本発明によれば、化学気相成長法
によるダイヤモンド合成装置の適当な場所に加熱体を振
動させる手段を設けることにより、従来より低い温度で
加熱又は光輝させ、従来より大きい加熱体・基材間距離
でダイヤモンドの析出が可能となる。このように加熱体
・基材間距離が増すと、熱による基材の損傷が少なくな
ると共に、種々の形状の基材表面にダイヤモンド膜を作
ることが可能となる。また、光分解や電子線分解を併用
すれば加熱兼光輝体としての光が増し、更にダイヤモン
ド合成が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明の第１〜第３の実施例
を示す略断面図、第４図及び第５図はそれぞれ従来のダ
イヤモンド合成装置の例を示す略図である。 （４）（４′）……反応容器、（５），（５′）……基
材、（６）……加熱体（フィラメント兼光輝体）、（1
4）……振動手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材を入れた反応容器内で加熱体を電子が
   放出される程度に加熱することにより反応ガスを熱分解
   し、上記基材表面にダイヤモンドを析出させる化学気相
   成長法によるダイヤモンド合成装置において、 上記加熱体を振動させる手段を設けたことを特徴とする
   ダイヤモンド合成装置。