JPH09249408A - Production of diamond - Google Patents
Production of diamondInfo
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- JPH09249408A JPH09249408A JP8056561A JP5656196A JPH09249408A JP H09249408 A JPH09249408 A JP H09249408A JP 8056561 A JP8056561 A JP 8056561A JP 5656196 A JP5656196 A JP 5656196A JP H09249408 A JPH09249408 A JP H09249408A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンドの熱
力学的安定領域外において、生成速度が速く、しかも歪
みの少ないダイヤモンドを得ることが可能なダイヤモン
ドの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond production method capable of producing a diamond having a high production rate and a small strain outside the thermodynamically stable region of diamond.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、ダイヤモンドの製造方法とし
ては、例えば、大気圧以下でメタン等の有機ガスを熱分
解した後、ダイヤモンド構造を持った高温の基板上にダ
イヤモンドの薄膜を成長させる化学気相熱分解法(CV
D法)が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for producing diamond, for example, a chemical vapor deposition method in which a thin film of diamond is grown on a high temperature substrate having a diamond structure after thermally decomposing an organic gas such as methane at atmospheric pressure or lower. Phase pyrolysis method (CV
D method) is known.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記化
学気相熱分解法によって純度および特性の良好なダイヤ
モンドを生成しようとすると、その生成速度は数μm/
hrであり、実用化を考えた場合の必要な厚さを得るた
めには、最低でも100hr以上を要する。また、前記
生成速度を上げるとダイヤモンドの純度が落ちたり、特
性が劣化してしまう。このため、純度および特性の良好
なダイヤモンドを得るとともに、得られるダイヤモンド
の生成速度を飛躍的に上昇させることが望まれている。
さらに、高温下で生成されたダイヤモンドを容器から外
部に取り出すことにより、前記ダイヤモンドが歪み等に
よって破壊されるという問題がある。However, when it is attempted to produce diamond with good purity and characteristics by the chemical vapor phase pyrolysis method, the production rate is several μm /
It is hr, and at least 100 hr or more is required to obtain a necessary thickness in consideration of practical use. Further, if the production rate is increased, the purity of diamond will be deteriorated and the characteristics will be deteriorated. Therefore, it is desired to obtain diamond having good purity and characteristics and to dramatically increase the production rate of the obtained diamond.
Further, there is a problem in that the diamond produced at high temperature is taken out of the container and the diamond is destroyed by strain or the like.
【0004】そこで、発明者は鋭意研究を重ねた結果、
ダイヤモンドの純度の低下およびその特性が劣化する原
因が、ダイヤモンドの転化率が減少することにあるとい
うことを知見し、これによってダイヤモンドに対する熱
分解の方法が問題なのではなく、ダイヤモンドの製造を
行う周囲の環境等に問題があることがわかった。Therefore, as a result of intensive research, the inventor found that
It was found that the cause of the decrease in the purity of diamond and the deterioration of its properties is that the conversion rate of diamond is decreased, and this does not mean that the method of thermal decomposition of diamond is a problem. It turns out that there is a problem with the environment.
【0005】本発明は、熱力学的安定領域外において、
ダイヤモンドから炭素への分解反応を抑制した状態でダ
イヤモンドの生成速度を向上させ、しかも歪みが少ない
ダイヤモンドの製造方法を提供することを目的とする。The present invention, outside the thermodynamic stability region,
It is an object of the present invention to provide a method for producing a diamond which has a high rate of diamond generation while suppressing the decomposition reaction of diamond into carbon and which has less distortion.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、熱力学的安定領域外におけるダイヤモ
ンドの製造方法であって、300〜2000barの圧
力下の不活性雰囲気中で有機化合物に高密度エネルギを
付与し、前記有機化合物を熱分解することによりダイヤ
モンドを生成することを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is a method for producing diamond outside the thermodynamically stable region, the method comprising the steps of forming an organic compound in an inert atmosphere under a pressure of 300 to 2000 bar. It is characterized in that high density energy is applied to the compound and the organic compound is thermally decomposed to generate diamond.
【0007】本発明によれば、C(diamond )→C(ca
rbon)の分解反応を抑制し、カーボンからダイヤモンド
への転化反応を促進するように反応系を制御することに
より、ダイヤモンドの生成速度を向上させることができ
る。According to the present invention, C (diamond) → C (ca
By suppressing the decomposition reaction of rbon) and controlling the reaction system so as to promote the conversion reaction of carbon to diamond, the production rate of diamond can be improved.
【0008】また、本発明によれば、所定の圧力で加圧
することで基板との熱膨張差により発生する歪みによっ
てダイヤモンドが破壊されることを防止するとともに、
生成された熱分解後の原子状炭素の安定性が向上し、結
果として平均自由行路が減少するものの、その生成速度
を著しく上昇させることができる。According to the present invention, the diamond is prevented from being broken by the strain generated by the difference in thermal expansion from the substrate when the diamond is pressed at a predetermined pressure.
Although the stability of the produced atomic carbon after thermal decomposition is improved and the mean free path is reduced as a result, the production rate thereof can be remarkably increased.
【0009】不活性雰囲気中の圧力は、300〜200
0barが好適である。加圧することにより、基板の熱
膨張が抑制されて歪みを減少させ、且つ成膜面積を拡大
させることができる。この場合、炭素−ダイヤモンドの
反応式が圧力依存の式と考えられるため、超高圧が好ま
しいが、超高圧下でプラズマを発生させることは困難で
あり、現在においてその方法はない。従って、プラズマ
を発生させることが可能で、ダイヤモンドの安定性を高
める圧力として300〜2000barが好適である。The pressure in the inert atmosphere is 300 to 200.
0 bar is preferred. By applying pressure, thermal expansion of the substrate can be suppressed, distortion can be reduced, and a film formation area can be increased. In this case, the reaction equation of carbon-diamond is considered to be a pressure-dependent equation, and therefore ultrahigh pressure is preferable, but it is difficult to generate plasma under ultrahigh pressure, and there is no such method at present. Therefore, it is possible to generate plasma, and 300 to 2000 bar is preferable as the pressure for enhancing the stability of diamond.
【0010】前記圧力が300bar未満では、カーボ
ンからダイヤモンドへの転化反応の効率が低いため不適
であり、2000barを越えると、前記転化反応の効
率は向上するが、装置全体が大型化、複雑化するため高
価となる不具合がある。If the pressure is less than 300 bar, the efficiency of the conversion reaction from carbon to diamond is low, which is unsuitable. If it exceeds 2000 bar, the efficiency of the conversion reaction is improved, but the entire apparatus becomes large and complicated. Therefore, there is a problem that it becomes expensive.
【0011】高密度エネルギは、例えば、アークプラズ
マ、ガスプラズマまたは熱フィラメントによって付与さ
れると好適である。この場合、並設したコンデンサを順
次放電させることによりアーク放電を起こすとよい。ま
た、電極間にダイヤモンドの原料を挟むような状態、あ
るいは基板上に原料を積層した状態でアーク放電を起こ
してもよい。なお、熱フィラメントでは、ダイヤモンド
への転化率との関係で生成速度を向上させるために複数
のガス供給口を並設することが望ましい。The high density energy is preferably applied by, for example, an arc plasma, a gas plasma or a hot filament. In this case, arc discharge may be generated by sequentially discharging capacitors arranged in parallel. Further, the arc discharge may be generated in a state where the diamond raw material is sandwiched between the electrodes or in a state where the raw material is laminated on the substrate. In the hot filament, it is desirable to provide a plurality of gas supply ports in parallel in order to improve the generation rate in relation to the conversion rate to diamond.
【0012】雰囲気温度は、500〜2000℃が好適
である。500℃未満では、反応系内の未分解原料の影
響が大きく、生成されるダイヤモンドの品質および特性
を保持しながら生成速度を上げることは困難である。ま
た、2000℃を越えると生成速度が上昇せず、炭素−
ダイヤモンドの反応においてダイヤモンドから炭素への
分解を助長することとなり不都合である。The ambient temperature is preferably 500 to 2000 ° C. If the temperature is lower than 500 ° C, the undecomposed raw material in the reaction system has a large influence, and it is difficult to increase the production rate while maintaining the quality and characteristics of the produced diamond. Further, when the temperature exceeds 2000 ° C, the production rate does not increase, and carbon-
This is inconvenient because it promotes the decomposition of diamond into carbon in the reaction of diamond.
【0013】なお、最適な雰囲気温度は、800〜18
00℃である。ダイヤモンドの生成速度が従来と比較し
て飛躍的に増大し、その効果が非常に大きいからであ
る。The optimum ambient temperature is 800-18.
00 ° C. This is because the production rate of diamond is dramatically increased as compared with the conventional one, and the effect is very large.
【0014】不活性雰囲気中の酸素の含有率は、0.0
005〜0.1%が好適である。酸素は、有機化合物が
熱分解されてダイヤモンドの生成の際に発生する炭素と
反応し、これを系外へ除去する作用を営むからである。
酸素の含有率が0.0005%未満では、酸素の効果が
なく、生成したダイヤモンド中の炭素の含有率が高くな
り特性が劣化する点で不適である。また、雰囲気温度が
高い場合、酸素の含有率が0.1%を越えると、未分解
原料ガスの除去のみならず、生成されたダイヤモンドの
酸化分解を引き起こし特性を劣化させるために不適であ
る。The oxygen content in the inert atmosphere is 0.0
005-0.1% is suitable. This is because oxygen reacts with carbon generated when the organic compound is thermally decomposed to generate diamond, and acts to remove the carbon out of the system.
If the oxygen content is less than 0.0005%, there is no effect of oxygen and the content of carbon in the produced diamond is high, which is not suitable in that the characteristics are deteriorated. Further, when the atmospheric temperature is high, if the oxygen content exceeds 0.1%, not only the undecomposed raw material gas is removed, but also the generated diamond is oxidized and decomposed to deteriorate the characteristics.
【0015】[0015]
【実施例】実施例1 図1は、本発明に係るダイヤモンドの製造方法を実施す
るダイヤモンド製造装置の概略構成図である。 EXAMPLE 1 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diamond manufacturing apparatus for carrying out the diamond manufacturing method according to the present invention.
【0016】このダイヤモンド製造装置10は、第1高
圧容器12と、前記第1高圧容器12によって閉塞され
た第1室14に配設される加熱用ヒータ16と、前記第
1室14内に設けられた第2高圧容器18と、前記第2
高圧容器18によって閉塞された第2室20内に配設さ
れる第1電極22および第2電極24と、前記第2室2
0に連通し、高圧制御バルブ26a〜26cの開閉作用
下に前記第2室20に高圧ガスを供給し、あるいは該第
2室20に導入された高圧ガスを外部に排出するパイプ
28とを有する。なお、前記パイプ28には、高圧制御
バルブ26dの開成作用下に、第2室20内において発
生する酸素を抽出するためのサンプリングポート29が
形成される。This diamond manufacturing apparatus 10 is provided in a first high-pressure container 12, a heater 16 for heating arranged in a first chamber 14 closed by the first high-pressure container 12, and in the first chamber 14. The second high pressure container 18 and the second
A first electrode 22 and a second electrode 24 arranged in a second chamber 20 closed by a high-pressure container 18, and the second chamber 2
And a pipe 28 for communicating high pressure gas to the second chamber 20 or for discharging the high pressure gas introduced into the second chamber 20 to the outside under the opening and closing action of the high pressure control valves 26a to 26c. . A sampling port 29 for extracting oxygen generated in the second chamber 20 under the opening operation of the high pressure control valve 26d is formed in the pipe 28.
【0017】前記第1電極22は試料台30に固定さ
れ、第2電極24は、位置制御モータ32を介して矢印
方向に変位自在に設けられる。前記位置制御モータ32
には制御ユニット34が接続され、前記制御ユニット3
4による位置制御モータ32の制御作用下に第1電極2
2と第2電極24との離間間隔が自在に調整される。な
お、第1電極22および第2電極24は、それぞれ直流
電源Eに接続されている。また、制御ユニット34は、
通路36を介して第1室14内の雰囲気温度を検知する
とともに、ヒータ16に対する付勢あるいは滅勢作用下
に前記第1室14内の温度を調節する。The first electrode 22 is fixed to the sample table 30, and the second electrode 24 is provided via a position control motor 32 so as to be displaceable in the arrow direction. The position control motor 32
A control unit 34 is connected to the control unit 3 and
Under the control of the position control motor 32 by the first electrode 2
The distance between the second electrode 24 and the second electrode 24 is freely adjusted. The first electrode 22 and the second electrode 24 are connected to the DC power source E, respectively. Further, the control unit 34 is
The ambient temperature in the first chamber 14 is detected through the passage 36, and the temperature in the first chamber 14 is adjusted while the heater 16 is biased or deenergized.
【0018】前記第1電極22および第2電極24はそ
れぞれグラファイト製の材料で形成され、基板(原料)
側となる第1電極22はショ糖(sucrose )を固めたも
ので形成され、第2電極24はグラファイトに水を含浸
したものを閉鎖系内で加熱して形成される。前記第1電
極22および第2電極24間には、制御ユニット34の
制御作用下にアークプラズマが連続的に発生する。The first electrode 22 and the second electrode 24 are each made of a graphite material and are used as a substrate (raw material).
The first electrode 22 on the side is formed by solidifying sucrose, and the second electrode 24 is formed by heating graphite impregnated with water in a closed system. Arc plasma is continuously generated between the first electrode 22 and the second electrode 24 under the control action of the control unit 34.
【0019】第1電極22の原料となるショ糖は、30
0MPaの圧力で固められた後、炭化、焼結処理して原
料のペレット中の気孔を除去するとともに、温度の上昇
に伴う融化や形崩れがなるべく起こらないように配慮
し、図1に示されるダイヤモンド製造装置10に組み込
まれた後、昇温速度やパターンに配慮されている。The raw material for the first electrode 22 is 30% sucrose.
After being solidified at a pressure of 0 MPa, carbonization and sintering are performed to remove the pores in the pellets of the raw material, and consideration is given to prevent melting and deformation with temperature rise as much as possible, as shown in FIG. After being incorporated in the diamond manufacturing apparatus 10, the temperature rising rate and the pattern are taken into consideration.
【0020】この場合、ショ糖やグラファイトを電極の
原料とした理由は、アークプラズマによる加熱作用を定
性化するためである。なお、以下に示すダイヤモンドの
転化率(%)は、プラズマの照射面積に対し、ダイヤモ
ンドに転化した面積を比率で算出した値である。ダイヤ
モンドに転化した部分は、ダイヤモンドの成分がほぼ1
00%であり、透明化しているので、その部分をX線回
折等によりダイヤモンドであることを確認した後、その
面積率を測定した。In this case, the reason why sucrose or graphite is used as the raw material of the electrode is to qualify the heating action by the arc plasma. The diamond conversion rate (%) shown below is a value calculated by the ratio of the area converted to diamond to the area irradiated with plasma. In the part converted to diamond, the diamond component is almost 1
Since it was 00% and it was transparent, the area ratio was measured after confirming that the portion was diamond by X-ray diffraction or the like.
【0021】加圧媒体としては、窒素(N)並びにアル
ゴン(Ar)を用いた。特性上は、微量の水分が原料
(第2電極24)中に添加され、前記水分中の酸素、水
素と窒素とが高温下で反応することからアルゴンの方が
好ましいと想定されたが、得られたダイヤモンドの特性
測定における熱伝導率の測定では、1.5〜1.7kW
/mKと明確な差異が認められなかった。Nitrogen (N) and argon (Ar) were used as the pressurizing medium. From the viewpoint of characteristics, it was assumed that argon is preferable because a small amount of water is added to the raw material (second electrode 24) and oxygen, hydrogen and nitrogen in the water react at high temperature. In the measurement of the thermal conductivity in the characteristic measurement of the obtained diamond, 1.5 to 1.7 kW
/ MK and no clear difference was observed.
【0022】第2室20内の雰囲気温度を1000℃で
一定とした場合の圧力とダイヤモンドの転化率との関係
を図2に示す。図2から容易に諒解されるように、30
0bar以上の圧力では、ダイヤモンドの転化率が90
%以上になった。FIG. 2 shows the relationship between the pressure and the conversion rate of diamond when the atmospheric temperature in the second chamber 20 is kept constant at 1000.degree. As can be easily understood from FIG. 2, 30
At pressures above 0 bar, the conversion rate of diamond is 90
% Or more.
【0023】次に、高圧ガスによる加圧圧力を800b
arで一定とした場合の雰囲気温度とダイヤモンドの転
化率との関係を図3に示す。この場合、800℃〜14
00℃の温度範囲では、プラズマが照射された部分の9
0%以上がダイヤモンドに転化したことが図3から諒解
される。Next, the pressure applied by the high pressure gas is set to 800 b.
FIG. 3 shows the relationship between the atmospheric temperature and the conversion rate of diamond when ar is kept constant. In this case, 800 ℃ ~ 14
In the temperature range of 00 ° C, 9
It is understood from FIG. 3 that 0% or more of the diamond was converted into diamond.
【0024】続いて、雰囲気温度を1000℃で一定と
した場合の酸素濃度とダイヤモンドの転化率との関係を
図4に示す。圧力を、300bar(実線)と1000
bar(破線)とに設定してそれぞれ実験を行った。酸
素のサンプリングは、試験中において、高圧制御バルブ
26dを開閉し第1電極22を加熱することにより発生
する酸素をサンプリングポート29から抽出することに
より行った。第2室20内のガス中の酸素濃度は、C
O、CO2 、NOX 等でも観測されるが、原子としてカ
ウントし、O2 として計算した。図4から諒解されるよ
うに、酸素濃度が0.001〜0.1%{log(−
3)〜log(−1)%}の範囲では、300barお
よび1000barのいずれの場合でも、ダイヤモンド
の転化率がほぼ100%となった。Next, FIG. 4 shows the relationship between the oxygen concentration and the conversion rate of diamond when the atmospheric temperature is kept constant at 1000.degree. Pressure is 300 bar (solid line) and 1000
The experiment was carried out by setting to (bar) (broken line). During the test, oxygen was sampled by opening and closing the high pressure control valve 26d and heating the first electrode 22 to extract oxygen from the sampling port 29. The oxygen concentration in the gas in the second chamber 20 is C
Although observed in O, CO 2 , NO x, etc., they were counted as atoms and calculated as O 2 . As is clear from FIG. 4, the oxygen concentration is 0.001 to 0.1% {log (-
In the range of 3) to log (-1)%}, the conversion of diamond was almost 100% in both cases of 300 bar and 1000 bar.
【0025】なお、300barと1000barのと
きでは、ダイヤモンドの転化率が酸素濃度に対してシフ
トした状態となっている。これは、試料を同一とし、プ
ラズマ発生条件を同一としたために生じたもので、圧力
の変化に対して総酸素原子数が異なるためである。At 300 bar and 1000 bar, the conversion rate of diamond is shifted with respect to the oxygen concentration. This occurs because the samples are the same and the plasma generation conditions are the same, and the total number of oxygen atoms is different with respect to the change in pressure.
【0026】以上のように、従来、ダイヤモンドの安定
領域(超高圧領域)内ないしはCVD法のみでダイヤモ
ンドの製造が可能と考えられていたが、本実施例では、
300〜2000bar程度の圧力で容易にダイヤモン
ドを製造することができた。As described above, conventionally, it was thought that diamond could be produced within the stable region (ultra high pressure region) of diamond or only by the CVD method.
It was possible to easily manufacture diamond at a pressure of about 300 to 2000 bar.
【0027】なお、本実施例では、プラズマの照射面積
を300cm2 で行った。In this example, the plasma irradiation area was 300 cm 2 .
【0028】本実験で得られたダイヤモンドの厚さは
0.8mmであり、前記ダイヤモンドをヒートシンクと
して用いた場合に必要な厚さである0.635mmを十
分に満たしている。前記0.8mmの膜厚で300cm
2 の面積をダイヤモンドに転化するのに要した時間は、
数分〜数十分程度であり、極めて短い時間でダイヤモン
ドを形成することができた。The diamond obtained in this experiment has a thickness of 0.8 mm, which sufficiently satisfies the required thickness of 0.635 mm when the diamond is used as a heat sink. 300 cm with the 0.8 mm film thickness
The time required to convert the area of 2 to diamond is
It was several minutes to several tens of minutes, and diamond could be formed in an extremely short time.
【0029】これは、従来の超高圧ほどではないが、高
圧下で合成を行うために都合がよいこと、また、プラズ
マを用いているがこれによりダイヤモンドが合成される
と、その部分が導電性から高い絶縁性に変化し、その界
面が連続して成長、生成し易いことによる。但し、この
性能と成膜速度との間には相関関係があり、限界値を越
えると特性が劣化する。Although this is not as high as the conventional ultrahigh pressure, it is convenient for synthesizing under high pressure, and when plasma is used to synthesize diamond, that portion becomes conductive. To high insulation, and the interface easily grows and forms continuously. However, there is a correlation between this performance and the film formation rate, and if the limit value is exceeded, the characteristics deteriorate.
【0030】本実験で得られたダイヤモンドの熱伝導率
特性は、前述したように、1.5〜1.7kW/mK程
度であった。従って、ヒートシンク性能としては、市販
されている窒化アルミニウムの8〜10倍の性能を有し
非常に優れており、また絶縁性にも優れている。The thermal conductivity characteristics of the diamond obtained in this experiment were about 1.5 to 1.7 kW / mK, as described above. Therefore, the heat sink performance is 8 to 10 times as high as that of the commercially available aluminum nitride and is very excellent, and also the insulating property is excellent.
【0031】得られた面は合成側で1.6〜3.2s、
基板側でこれより若干悪くなる。The obtained surface is 1.6 to 3.2 s on the synthesis side,
It is slightly worse on the board side.
【0032】従って、面の加工は必要であるが、QF
P、パワートランジスタ、サイリスタ、マルチチップモ
ジュール基板のヒートシンクとして用いると好適であ
り、サーミスタ、ダイオード等の素子としても利用する
ことが可能である。実施例2 本発明に係るダイヤモンドの製造方法を実施する他のダ
イヤモンド製造装置の概略構成を図5に示す。Therefore, although it is necessary to process the surface, QF
It is suitable to be used as a heat sink for P, power transistors, thyristors, and multi-chip module substrates, and can also be used as elements such as thermistors and diodes. Example 2 FIG. 5 shows a schematic configuration of another diamond manufacturing apparatus for carrying out the diamond manufacturing method according to the present invention.
【0033】このダイヤモンド製造装置40は、高圧容
器42と、前記高圧容器42に内蔵された加熱用ヒータ
44a、44bと、前記高圧容器42によって閉塞され
た室46に連通し、第1高圧制御バルブ48aの開閉作
用下に前記室46に原料ガスおよび高圧ガスを供給する
ガス供給用パイプ50aと、第2高圧制御バルブ48b
の開閉作用下に室46に供給されたガスを外部に排出す
るガス排出用パイプ50bとを有する。なお、前記ガス
供給用パイプ50aの一端部には、室46に臨むガス供
給口52が形成される。The diamond manufacturing apparatus 40 communicates with a high pressure container 42, heaters 44a and 44b for heating contained in the high pressure container 42, and a chamber 46 closed by the high pressure container 42, and a first high pressure control valve. A gas supply pipe 50a for supplying a source gas and a high-pressure gas to the chamber 46 under the opening and closing action of the valve 48a, and a second high-pressure control valve 48b.
And a gas discharge pipe 50b for discharging the gas supplied to the chamber 46 to the outside under the opening and closing action. A gas supply port 52 facing the chamber 46 is formed at one end of the gas supply pipe 50a.
【0034】前記室46内には、試料台54が固定さ
れ、前記試料台54上には成長用基板56が載置され
る。前記ガス供給口52と成長用基板56との間には、
熱フィラメント58が設けられる。前記試料台54に
は、成長用基板56を冷却するための冷却部60が形成
され、前記冷却部60に連通する通路62を介して冷却
水が循環するように形成される。A sample table 54 is fixed in the chamber 46, and a growth substrate 56 is placed on the sample table 54. Between the gas supply port 52 and the growth substrate 56,
A hot filament 58 is provided. A cooling unit 60 for cooling the growth substrate 56 is formed on the sample table 54, and cooling water is circulated through a passage 62 communicating with the cooling unit 60.
【0035】前記成長用基板56は、シリコンウェハの
材料で5インチの大きさに形成された第1成長用基板
と、グラファイトの材料で4インチの大きさに形成され
た第2成長用基板との二種類を用い、ダイヤモンドの膜
厚をそれぞれ0.8mmまで成長させた。The growth substrate 56 is composed of a first growth substrate made of a silicon wafer material and having a size of 5 inches, and a second growth substrate made of graphite material and having a size of 4 inches. The above two types were used to grow diamond to a film thickness of 0.8 mm.
【0036】なお、キャリアにのせた原料ガスをガス供
給用パイプ50aを介して室46内に定量的に供給する
ためには、高圧配管を引き回さなければならず、圧縮
機、配管等の配慮が重要となる。高圧容器42内の圧力
は、最高500bar程度である。In order to quantitatively supply the raw material gas loaded on the carrier into the chamber 46 through the gas supply pipe 50a, the high-pressure pipe must be laid around, and the compressor, the pipe, etc. Consideration is important. The pressure in the high-pressure container 42 is about 500 bar at maximum.
【0037】キャリアとしては、水素ガスをアルゴンお
よびこれに準じる不活性ガスで希釈されたガスを用いる
とともに、炭素数C1〜C4までのアルキル、アルカ
ン、アルケンまたはアルコール等のガス化された原料ガ
スが5〜8%含まれる高圧ガスを室46内に導入した。As the carrier, hydrogen gas diluted with argon and an inert gas similar thereto is used, and gasified raw material gas such as alkyl having 1 to 4 carbon atoms, alkane, alkene or alcohol is used. High-pressure gas containing 5 to 8% was introduced into the chamber 46.
【0038】ヒータ44a、44bによって加熱される
室46内の雰囲気温度を800℃とし、圧力を数十ba
r〜500barまで変化させて実験を行った。ここ
で、成膜速度とダイヤモンド転化率との関係を図6に示
す。なお、図6において、●はシリコンウェハで形成さ
れた第1成長用基板を示し、△はグラファイトで形成さ
れた第2成長用基板を示し、成膜速度とは、成長用基板
56の単位面積あたりに生成されたダイヤモンドの膜厚
が増加する速度をいう。The atmospheric temperature in the chamber 46 heated by the heaters 44a and 44b is set to 800 ° C., and the pressure is set to several tens of ba.
Experiments were performed varying from r to 500 bar. Here, the relationship between the film formation rate and the diamond conversion rate is shown in FIG. In FIG. 6, ● indicates a first growth substrate formed of a silicon wafer, Δ indicates a second growth substrate formed of graphite, and the film formation rate is a unit area of the growth substrate 56. It is the rate at which the thickness of the diamond film formed around increases.
【0039】ダイヤモンドの結晶構造に類似するシリコ
ンウェハで形成した第1成長用基板と、前記ダイヤモン
ドの結晶構造と全く異なるグラファイトで形成した第2
成長用基板とを用いてそれぞれ実験したが、図6から諒
解されるように、成長用基板56の結晶構造がダイヤモ
ンドの成長を左右してはいないと思われる結果となっ
た。A first growth substrate formed of a silicon wafer having a crystal structure similar to that of diamond, and a second growth substrate formed of graphite having a completely different crystal structure from the diamond.
Experiments were performed using the growth substrate and, as can be understood from FIG. 6, the results indicate that the crystal structure of the growth substrate 56 does not influence the growth of diamond.
【0040】また、原料ガスの種類を、原料物質の構
造、すなわち、炭素数は同じでも、その結合構造が異な
るもので実験したが、本実験では、ほとんど100%の
転化率で明確な差が観測されなかった。Further, the kind of the raw material gas was tested with the structure of the raw material material, that is, the material having the same carbon number but different bonding structure, but in this experiment, a clear difference was observed at almost 100% conversion. It was not observed.
【0041】本実験では、図6に示されるように、シリ
コンウェハで形成された第1成長用基板を用いた場合、
ほぼ100%の転化率でダイヤモンドの成膜速度を20
0μm/hrに向上させることができた。In this experiment, as shown in FIG. 6, when the first growth substrate formed of a silicon wafer was used,
With a conversion rate of almost 100%, a diamond film formation rate of 20
It could be improved to 0 μm / hr.
【0042】[0042]
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。According to the present invention, the following effects can be obtained.
【0043】すなわち、ダイヤモンドから炭素への分解
反応が抑制された状態でダイヤモンドの生成速度を上昇
させ、歪みが少なく、且つ品質および特性の優れたダイ
ヤモンドを得ることができる。That is, it is possible to increase the production rate of diamond while suppressing the decomposition reaction from diamond to carbon, to obtain a diamond with less distortion and excellent quality and characteristics.
【図1】本発明に係るダイヤモンドの製造方法を実施す
るダイヤモンド製造装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diamond manufacturing apparatus for carrying out a diamond manufacturing method according to the present invention.
【図2】圧力とダイヤモンドの転化率との関係を示すグ
ラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between pressure and diamond conversion.
【図3】雰囲気中の温度とダイヤモンドの転化率との関
係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature in the atmosphere and the conversion rate of diamond.
【図4】酸素濃度とダイヤモンドの転化率との関係を示
すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between oxygen concentration and conversion rate of diamond.
【図5】本発明に係るダイヤモンドの製造方法を実施す
る他のダイヤモンド製造装置の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of another diamond manufacturing apparatus for carrying out the diamond manufacturing method according to the present invention.
【図6】成膜速度とダイヤモンドの転化率との関係を示
すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the film formation rate and the conversion rate of diamond.
10、40…ダイヤモンド製造装置 12、18、4
2…高圧容器 14、20、46…室 16、44a、
44b…加熱用ヒータ 22、24…電極 26a〜26d、48a、48b…高圧制御バルブ 28、50a、50b…パイプ 29…サンプリ
ングポート 32…位置制御モータ 34…制御ユニ
ット 52…ガス供給口 56…成長用基
板 58…熱フィラメント10, 40 ... Diamond manufacturing equipment 12, 18, 4
2 ... High-pressure container 14, 20, 46 ... Chamber 16, 44a,
44b ... Heating heater 22, 24 ... Electrodes 26a to 26d, 48a, 48b ... High pressure control valve 28, 50a, 50b ... Pipe 29 ... Sampling port 32 ... Position control motor 34 ... Control unit 52 ... Gas supply port 56 ... Growth Substrate 58 ... Thermal filament
Claims (5)
の製造方法であって、 300〜2000barの圧力下の不活性雰囲気中で有
機化合物に高密度エネルギを付与し、前記有機化合物を
熱分解することによりダイヤモンドを生成することを特
徴とするダイヤモンドの製造方法。1. A method for producing diamond outside a thermodynamically stable region, which comprises applying high-density energy to an organic compound in an inert atmosphere under a pressure of 300 to 2000 bar to thermally decompose the organic compound. A method for producing a diamond, which comprises producing a diamond by the method.
気中の酸素の含有率は、0.0005〜0.1%である
ことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。2. The method for producing diamond according to claim 1, wherein the oxygen content in the inert atmosphere is 0.0005 to 0.1%.
機化合物は、C1〜C4の炭素数からなるアルキル、ア
ルカン、アルケン、アルコール、または多糖類の一種で
あることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。3. The method for producing a diamond according to claim 1, wherein the organic compound is one of alkyls, alkanes, alkenes, alcohols or polysaccharides having a carbon number of C1 to C4. Method.
法において、雰囲気温度は、500〜2000℃である
ことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。4. The method for producing diamond according to claim 1, wherein the ambient temperature is 500 to 2000 ° C.
法において、高密度エネルギは、プラズマまたはフィラ
メントによって付与されることを特徴とするダイヤモン
ドの製造方法。5. The method for producing diamond according to claim 1, wherein the high density energy is applied by plasma or filament.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8056561A JPH09249408A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Production of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8056561A JPH09249408A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Production of diamond |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09249408A true JPH09249408A (en) | 1997-09-22 |
Family
ID=13030545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8056561A Pending JPH09249408A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Production of diamond |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09249408A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019166676A1 (en) * | 2018-03-01 | 2019-09-06 | Business Research And Diamonds, S.L. | Method for obtaining synthetic diamonds from sucrose and device for carrying out said method |
-
1996
- 1996-03-13 JP JP8056561A patent/JPH09249408A/en active Pending
Cited By (7)
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ES2724214A1 (en) * | 2018-03-01 | 2019-09-09 | Business Res And Diamonds S L | PROCEDURE FOR OBTAINING SYNTHETIC DIAMONDS FROM THE SACAROSE AND EQUIPMENT TO CARRY OUT THIS PROCEDURE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
CN112512968A (en) * | 2018-03-01 | 2021-03-16 | 商业研究与钻石有限公司 | Method for obtaining synthetic diamonds from sucrose and device for implementing said method |
JP2021515741A (en) * | 2018-03-01 | 2021-06-24 | ビジネス リサーチ アンド ダイアモンズ、エセ.エレ. | A method for obtaining synthetic diamond from sucrose and an apparatus for carrying out the above method. |
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CN112512968B (en) * | 2018-03-01 | 2024-01-12 | 商业研究与钻石有限公司 | Method for obtaining synthetic diamond from sucrose and device for carrying out said method |
US12090472B2 (en) | 2018-03-01 | 2024-09-17 | Business Research And Diamonds, S.L. | Method for obtaining synthetic diamonds from saccharose and an equipment for carrying out said method |
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