JPS5935092A - ダイヤモンドの気相合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの気相合成法Info
- Publication number
- JPS5935092A JPS5935092A JP57146683A JP14668382A JPS5935092A JP S5935092 A JPS5935092 A JP S5935092A JP 57146683 A JP57146683 A JP 57146683A JP 14668382 A JP14668382 A JP 14668382A JP S5935092 A JPS5935092 A JP S5935092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- gas
- phase synthesis
- base material
- vapor phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）技術分野
本発明はダイヤモンドの気相合成法に関するものである
。
。
（ロ）背景技術
ダイヤモンド又は疑似ダイヤモンドの気相合成は数十年
に亘り各国で研究されている。その合成法は主として下
記の通りに２大別される。
に亘り各国で研究されている。その合成法は主として下
記の通りに２大別される。
（１） ＣＶＤ法：メタン等の炭化水素を水素をキャリ
ヤーとして６００°Ｃ以上に加熱した炉内に導入し、炉
内に予め設置したダイヤモンド種結晶、Ｓｉ単結晶、シ
リカ、或いは多結晶Ｍｏ 等の上にダイヤモンド又は
疑似ダイヤモンドの微結晶粒子又はそれ等の集合で構成
された数ミクロンの膜を炭化水素の熱分解により形成せ
しめる方法。
ヤーとして６００°Ｃ以上に加熱した炉内に導入し、炉
内に予め設置したダイヤモンド種結晶、Ｓｉ単結晶、シ
リカ、或いは多結晶Ｍｏ 等の上にダイヤモンド又は
疑似ダイヤモンドの微結晶粒子又はそれ等の集合で構成
された数ミクロンの膜を炭化水素の熱分解により形成せ
しめる方法。
＋２）ＰＶＤ法：所謂イオンビーム蒸着法を用い、カー
ボンをＡｒ イオン等でスパッターし、スパック−さ
れたカーボン・イオン等を数百乃至数千ボルトに加速し
、蒸着用の基材にぶつつけ蒸着しながら、同時にＡｒ
イオンを同様に加速し基材にぶつつけ、ＳＰ２→ＳＰ
３の電子軌道変転を生せしめることにより数ミクロン以
下の厚みのダイヤモンド又は擬似ダイヤモンドの薄膜を
形成せし、める方法。
ボンをＡｒ イオン等でスパッターし、スパック−さ
れたカーボン・イオン等を数百乃至数千ボルトに加速し
、蒸着用の基材にぶつつけ蒸着しながら、同時にＡｒ
イオンを同様に加速し基材にぶつつけ、ＳＰ２→ＳＰ
３の電子軌道変転を生せしめることにより数ミクロン以
下の厚みのダイヤモンド又は擬似ダイヤモンドの薄膜を
形成せし、める方法。
これ等の方法は、夫々に長所と欠点を有している。
例えばＣＶＤ法は設備が簡素で安価に出来る長所がある
がダイヤ又は擬似ダイヤモンドに遊離炭素が混在し易い
欠点や、６００°Ｃ以下の低温では合成出来ず、従って
基材材質が限定される問題もある。
がダイヤ又は擬似ダイヤモンドに遊離炭素が混在し易い
欠点や、６００°Ｃ以下の低温では合成出来ず、従って
基材材質が限定される問題もある。
一方、後者のＰＶＤ法は基材材質の耐熱性を問題にしな
い長所はあるが、設備は高真空容器にイオンスパッター
銃を取付けた高価なものとなり、また蒸着が基材の特定
面にのみ選択的に行われ付きまわりが悪い欠点も有する
。
い長所はあるが、設備は高真空容器にイオンスパッター
銃を取付けた高価なものとなり、また蒸着が基材の特定
面にのみ選択的に行われ付きまわりが悪い欠点も有する
。
（ハ）発明の開示
本発明は、上記の両方法の有する長所を生かし、短所を
改善した方法を提供するものである。即ち本発明法はＣ
ＶＤ法では遊離炭素が生成され易い欠点を、ＣＨ４ガス
及びＨ２との混合ガスを用い合成を行わしめる手段と、
それ等のガスを高周波電圧付加でイオン化させ反応性を
高める手段によりカバーすると共に、基材上への蒸着又
は基材上での合成をより効果的ならしめる為に、基材と
基材に相対して設けた電極との間に正のバイアス電圧を
付加する手法を採用する。こうすることにより、イオン
ビーム法で採用していたスパック−ガンや加速用グリッ
ド等の高価な部品や電源を使用する事が避けられる。
改善した方法を提供するものである。即ち本発明法はＣ
ＶＤ法では遊離炭素が生成され易い欠点を、ＣＨ４ガス
及びＨ２との混合ガスを用い合成を行わしめる手段と、
それ等のガスを高周波電圧付加でイオン化させ反応性を
高める手段によりカバーすると共に、基材上への蒸着又
は基材上での合成をより効果的ならしめる為に、基材と
基材に相対して設けた電極との間に正のバイアス電圧を
付加する手法を採用する。こうすることにより、イオン
ビーム法で採用していたスパック−ガンや加速用グリッ
ド等の高価な部品や電源を使用する事が避けられる。
本発明は、基材の上に蒸着する方式のダイヤモンドの気
相合成において、真空容器内に基材を設置し、基材を４
００°Ｃ以上１０００°Ｃ以下に加熱し、外部から真空
容器内にＣＨ４とＨ２の混合ガスを導入し、真空容器内
にガス反応ゾーンに高周波電界を付加させて導入ガスを
イオン化させ、更に基材と対抗電極間にバイアス電圧を
付加することによって加速して基材上にダイヤモンドを
合成せしめることを特徴とするものである。こ−におい
て、４．００〜ｌ０００’Ｃの範囲の加熱は一般には赤
外線ヒータもしくは抵抗加熱を用いて行なう。
相合成において、真空容器内に基材を設置し、基材を４
００°Ｃ以上１０００°Ｃ以下に加熱し、外部から真空
容器内にＣＨ４とＨ２の混合ガスを導入し、真空容器内
にガス反応ゾーンに高周波電界を付加させて導入ガスを
イオン化させ、更に基材と対抗電極間にバイアス電圧を
付加することによって加速して基材上にダイヤモンドを
合成せしめることを特徴とするものである。こ−におい
て、４．００〜ｌ０００’Ｃの範囲の加熱は一般には赤
外線ヒータもしくは抵抗加熱を用いて行なう。
以下、本発明の限定理由を述べる。
暴利もしくは基材を取巻く反応ガスを４・００°Ｃ以」
二に加熱する必要があるのは、それ以下の温度ではＣＨ
４が充分速い速度で分解せず、従ってダイヤモンド又は
擬似ダイヤモンドの合成速度が無視し得る程小さい為で
あり、逆に１０００°Ｃ以上に加熱すると塊状の透明カ
ーボン粒子や遊離炭素粒子が合成され易くなり、目的と
するダイヤモンドの合成を困難にするためである。
二に加熱する必要があるのは、それ以下の温度ではＣＨ
４が充分速い速度で分解せず、従ってダイヤモンド又は
擬似ダイヤモンドの合成速度が無視し得る程小さい為で
あり、逆に１０００°Ｃ以上に加熱すると塊状の透明カ
ーボン粒子や遊離炭素粒子が合成され易くなり、目的と
するダイヤモンドの合成を困難にするためである。
導入ガス（ＣＨ４＋Ｈ２）を高周波電界によってイオン
化するのは、イオン化することによりガスの反応性が向
上すると同時にスス状の遊離炭素の生成を抑制したり、
イオン化したＨ２ ガスがいったん生成した遊離炭素
をエツチング除去し、単なる炭素膜でなくダイヤモンド
もしくは擬似ダイヤモンドの合成を促進するからである
。
化するのは、イオン化することによりガスの反応性が向
上すると同時にスス状の遊離炭素の生成を抑制したり、
イオン化したＨ２ ガスがいったん生成した遊離炭素
をエツチング除去し、単なる炭素膜でなくダイヤモンド
もしくは擬似ダイヤモンドの合成を促進するからである
。
更にイオン化ガスにバイアス電圧を付加することによっ
てイオンが加速せしめられ基材上に衝突し、ＳＰｓ＋−
＋ＳＰａのダイヤモンド構造が得られ易いことが判明し
たのである。
てイオンが加速せしめられ基材上に衝突し、ＳＰｓ＋−
＋ＳＰａのダイヤモンド構造が得られ易いことが判明し
たのである。
更に又本発明者らは種々の合成条件について実験した結
果、容器内の真空度（Ｐ ： ｔｏｒｒ ）と加速のた
めのバイアス電圧（ＵＢ：ＫＶ）との間には相関関係が
あり、ＵＢ／Ｐが１０−１ 以上５Ｘ１０２ 以下で
は粒子状のダイヤモンドが合成されるが、ＵＢ／Ｐがｌ
１ｌ−１以下もしくは５ＸＩＯ２以上では基材上にダイ
ヤモンドは全く合成されないか、もしくは合成されても
検出不能な程少量であることが判明した。この原因につ
いて詳細は現在のところ不明であるが、ＵＢ／Ｐが１０
−１ 以下ではバイアス電圧印加の効果がな（’５Ｘ
ＩＯ” 以上では異常放電が生じ却ってバイアス電圧の
効果が失われる。
果、容器内の真空度（Ｐ ： ｔｏｒｒ ）と加速のた
めのバイアス電圧（ＵＢ：ＫＶ）との間には相関関係が
あり、ＵＢ／Ｐが１０−１ 以上５Ｘ１０２ 以下で
は粒子状のダイヤモンドが合成されるが、ＵＢ／Ｐがｌ
１ｌ−１以下もしくは５ＸＩＯ２以上では基材上にダイ
ヤモンドは全く合成されないか、もしくは合成されても
検出不能な程少量であることが判明した。この原因につ
いて詳細は現在のところ不明であるが、ＵＢ／Ｐが１０
−１ 以下ではバイアス電圧印加の効果がな（’５Ｘ
ＩＯ” 以上では異常放電が生じ却ってバイアス電圧の
効果が失われる。
また、ＣＨ４に対するＨ２ の量は体積比率で１０倍
以上２５０倍以下である事がダイヤモンドの収率を高め
る上で好ましい。この範囲は実験の結果得られたもので
あるがグラファイトの生成が抑制される範囲でもある。
以上２５０倍以下である事がダイヤモンドの収率を高め
る上で好ましい。この範囲は実験の結果得られたもので
あるがグラファイトの生成が抑制される範囲でもある。
」二記混合ガスは高周波或いは直流プローブの電界によ
りイオン化させる事が単なる炭素膜でなく、ダイヤモン
ド又は擬似ダイヤモンドを合成させる上で不可欠である
。勿論高周波の代わりにマイクロ波を用いても良い。
りイオン化させる事が単なる炭素膜でなく、ダイヤモン
ド又は擬似ダイヤモンドを合成させる上で不可欠である
。勿論高周波の代わりにマイクロ波を用いても良い。
以下実施例により、本発明の詳細な説明を行う。
に）発明を実施するための最良の形態
実施例１゜
真空容器内に研磨した５ｉＱｉ−結晶を平板上に置き、
９００°Ｃに加熱しなからＣＨ４：ＨＱ＝１ ： ８０
の混合ガスを導入し、容器内は１５．３Ｔｏｒｒ に
維持し、外部より５９ｍｍｐへ ５クーンのコイルを巻
き１３．５６ＭＨｚの高周波によりプラズマを発生させ
た。尚この容器内にプラズマ中のイオンを加速させる目
的で平行平板を設置し、１．５ＫＶ の直流電圧を基材
のＳｉ が設置ｉｔされる方の平板が陰極になるよう
に付加した。
９００°Ｃに加熱しなからＣＨ４：ＨＱ＝１ ： ８０
の混合ガスを導入し、容器内は１５．３Ｔｏｒｒ に
維持し、外部より５９ｍｍｐへ ５クーンのコイルを巻
き１３．５６ＭＨｚの高周波によりプラズマを発生させ
た。尚この容器内にプラズマ中のイオンを加速させる目
的で平行平板を設置し、１．５ＫＶ の直流電圧を基材
のＳｉ が設置ｉｔされる方の平板が陰極になるよう
に付加した。
この条件下で２時間の蒸着を行った結果、Ｓｉ単結晶上
に０．８μｍ厚のダイヤモンド膜が均一に生成されてい
ることがＳＥＭ観察及びラーマン分析により判明した。
に０．８μｍ厚のダイヤモンド膜が均一に生成されてい
ることがＳＥＭ観察及びラーマン分析により判明した。
実施例２゜
第１表に示す各種の基材に対し反応ガス、真空度、バイ
アス電圧（加速電圧）、温度を変えて反応を行った結果
、表に示す如（Ｈ２／ＣＨ４力；ｌＯ〜２５０ 、 Ｕ
１３／Ｐ比はｌｏ−１〜５ｘ１０２＋温度が ４００〜
１０００°Ｃの範囲がダイヤモンド合成に適当であるこ
とがわかる。
アス電圧（加速電圧）、温度を変えて反応を行った結果
、表に示す如（Ｈ２／ＣＨ４力；ｌＯ〜２５０ 、 Ｕ
１３／Ｐ比はｌｏ−１〜５ｘ１０２＋温度が ４００〜
１０００°Ｃの範囲がダイヤモンド合成に適当であるこ
とがわかる。
１、％］１反応時間は全て２時間である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （Ｄ基材の上に蒸着する方式のダイヤモンドの気相合成
において、真空容器内に基材を設置し、基材は４・００
°Ｃ以Ｊ二１０００°Ｃ以下に加熱し、外部から真空容
器内にＣＨ４とＨ２の混合ガスを導入し、導入された混
合ガスを高周波電界を付加させてイオン化し、しかるの
ち直流バイアス電圧によって加速されて基板に到達する
ことを特徴とするダイヤモンドの気相合成法。 （２、特許請求の範囲第（１）項において、直流加速電
圧ＵＢ と真空度Ｐとの比率Ｕ３／Ｐが１０−１
以上５００以下であることを特徴とするダイヤモンドの
気相合成法。 （３）特許請求の範囲第（１）項、第（２）項記載の合
成法において、容器内に導入するキャリヤーガス Ｈ２
と反応ガスＣＨ４の比率が、単位時間当りのＨ２ガスの
流量がＣＨ４ガスの流量の１０倍以上２５０倍以下であ
ることを特徴とするダイヤモンドの気相合成法。 （４）特許請求の範囲第（１）、（２）及び（３）項記
載の合成法において、基材とイオン化、加速された反応
ガスとの反応温度が４００°Ｃ以」ユ］０００’Ｃ以下
であることを特徴とするダイヤモンドの気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57146683A JPS6055480B2 (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57146683A JPS6055480B2 (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5935092A true JPS5935092A (ja) | 1984-02-25 |
| JPS6055480B2 JPS6055480B2 (ja) | 1985-12-05 |
Family
ID=15413220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57146683A Expired JPS6055480B2 (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6055480B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174198A (ja) * | 1985-01-24 | 1986-08-05 | Sharp Corp | 黒鉛単結晶の製造方法 |
| US4767608A (en) * | 1986-10-23 | 1988-08-30 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Method for synthesizing diamond by using plasma |
| US4997636A (en) * | 1989-02-16 | 1991-03-05 | Prins Johan F | Diamond growth |
| US5104634A (en) * | 1989-04-20 | 1992-04-14 | Hercules Incorporated | Process for forming diamond coating using a silent discharge plasma jet process |
| US5275798A (en) * | 1986-07-11 | 1994-01-04 | Kyocera Corporation | Method for producing diamond films |
| WO2021090793A1 (ja) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 株式会社クリエイティブコーティングス | Ｄｌｃ膜の成膜装置及び成膜方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5712966Y2 (ja) * | 1977-11-16 | 1982-03-15 | ||
| JPS57111220A (en) * | 1980-08-21 | 1982-07-10 | Nat Res Dev | Carbon layer coating method |
-
1982
- 1982-08-23 JP JP57146683A patent/JPS6055480B2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5712966Y2 (ja) * | 1977-11-16 | 1982-03-15 | ||
| JPS57111220A (en) * | 1980-08-21 | 1982-07-10 | Nat Res Dev | Carbon layer coating method |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174198A (ja) * | 1985-01-24 | 1986-08-05 | Sharp Corp | 黒鉛単結晶の製造方法 |
| JPH0321517B2 (ja) * | 1985-01-24 | 1991-03-22 | Sharp Kk | |
| US5275798A (en) * | 1986-07-11 | 1994-01-04 | Kyocera Corporation | Method for producing diamond films |
| US4767608A (en) * | 1986-10-23 | 1988-08-30 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Method for synthesizing diamond by using plasma |
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| WO2021090793A1 (ja) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 株式会社クリエイティブコーティングス | Ｄｌｃ膜の成膜装置及び成膜方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6055480B2 (ja) | 1985-12-05 |
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