JPS60103098A - ダイヤモンド膜の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子サイクロトロン共鳴プラズマの利用による
ダイヤモンド膜の製造方法に関する。

ダイヤモンドは高価な装置を使用して超高圧・超高温の
もとで合成されるようになったが、他方、高硬度並びに
耐摩耗性に優れた切削部材や耐摩耗部材など、更に、広
範な用途に答えると共に、効率的にダイヤモンドを合成
するため蚤こ化学気相成長法が研究されている。即ち、
フィラメントで予備加熱をし、炭化水素の熱分解によっ
てダイヤモンドを析出させたり、或いは、プラズマ中で
炭化水素を分解・励起し、基板上にダイヤモンド状の膜
を形成する方法など種々の化学気相成長法が提案されて
いる。

しかしながら、前者の化学気相成長法によれば、炭化水
素の分解速度が遅いことに伴ってダイヤモンドの析出速
度が遅くなり、加えて、フィラメントの断ｉが頻繁に生
じるということもあって、生産効率が非常に悪いという
欠点があった。また、後者の化学気相成長法によれば、
炭化水素ガスの圧力が大きいだめ、ガス内の不純物が多
くなり、加えて、イオン化率が低いために炭化水素の分
解速度が遅くなり、これにより、純度の劣ったダイヤモ
ンドが遅い析出速度で形成され、未だ満足するようなダ
イヤモンド膜が形成されていない。

本発明は上述のすべての難点を解決するためＳこ完成さ
れたもので、ダイヤモンド生成用プラス゛マのイオン化
率を大きくすると共に、そのプラズマ発生膜の製造方法
を提供することにある。

本発明によるダイヤモンド膜の製造方法は、炭化水素及
び水素ガスを反応室に導入すると共に、該反応室内部に
電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させて、基板上
にダイヤモンドを気相成長させることＣと特徴がある。

以下、本発明の詳細な説明する。

図はダイヤモンド膜を形成するだめの電子サイクロトロ
ン共鳴型放電装置であり、図中、反応室（１）の外部に
電磁石用コイ／ｌ／（２）を配置して反応室（１）内に
磁場をかけ、且つマイクロ波（２，４５ＧＨｚ　）が４
１波管（３）を介してこの反応室（１）へ導入される。

そして、水素ガスと共にダイヤモノド生成用ガヌとして
使用される炭化水素ガス、例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ２。

Ｃ２Ｌ（４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ５Ｈｓなどが導入管（４）を
通して反応室（１）に導入されると同時に、電子サイク
ロトロン共鳴が生じ、電子が炭化水素ガスと衝突して放
電し、プラズマを発生せしめ、爪板（５）上にダイヤモ
ンド膜が気相成長される。

Ｂ 即ち、電子のサイクロ−トロン周波数ｆは（＝□２πｍ （但し、ｍ：電子の質債、ｅ：電子の電荷、ｌＪ：磁束
密度とする）に基いて、サイクロトロン運１ｆすを起こ
し、この周波数十がマイクロｅ（２４５ＵＨＳ　）の周
波数と一致すると共鳴し、その結果、電子が炭化水素と
衝突し−Ｃ成る放１Ｅ現象が著しく増大し５、プラズマ
の発生が−４１大きくなる。このプラズマ発生のために
、ガスの圧ノＪを反応室（１）の内部でｌＯ＝〜１Ｏ−
５ｔｏｒｒに設定するのがよく、他の気相成ＩＫ法に比
べて著しく減圧することができるため、高純度のプラズ
マが発生ずるのに加え、プラズマの発生率が大きく、几
つその寿命も大きいため、良質のダイヤモンド膜を効率
よく気相成長さヒーることができる。

本発明によれば、水素ガスの導入に伴って水素プラズマ
が発生し、このプラズマによって生成した水素原子や水
素イオンがダイヤモンドの自戒１こ大きく寄与すること
が判り、しかも、反応室（１）内で炭化水素ガス及び水
素ガスの容積に対して炭化水素ガスの容積を５０％以下
ｆこ特定することが重要である。この特定比が５０％を
越えると層中に非晶質が増加してダイヤモンドの優れた
特性を失い、好適には１０％以下（０を含まず）とする
のがよい。

しかもダイヤモンド膜が形成さｎる基板（５）は、析出
中、所定範囲内の温度に維持されていることが必要であ
り、これにより、気相成長したダイヤモンドの構造を維
持したまま基板（５）に付着せしめ、且つ膜状ｌこ発達
させることができる。その°基板温度は５００〜１００
０℃がよく、　この範囲から外れると非晶質か多くなっ
て良質なダイヤモンド膜が得られず、望ましくは７００
〜９ｏｏ℃がよい。

かくして、本発明によるダイヤモンド膜の製造方法ｌこ
よれば、炭化水素ガス及び水素ガスを所定の量比で特定
すると共に、反応室内のガス圧を所定範囲に設定し、且
つ基板温度を所定通りにした場合、炭化水素及び水素を
電子サイクロトロン共鳴によって′ｉ程子と衝突せしめ
て放電させるのに加え、水素プラズマが寄与し、これに
より、高純度のプラズマが効率よく発生し、基板上ｌこ
非常ｌこ良質なダイヤモンド膜が形成されることになる
。

次に本発明の実施例について述べる。

〔実施例〕

ンガスを流量５ｍｌ／ｓｉｎで反応室（１）へ導入した
。これにより、反応室（１）内の圧力を常時２　Ｘ　１
０　１ｆｆ’ｒに設定しつつ、基板温度も８５０℃に設
定した。次いで、マイクロ波（２，４５ＧＨｚ　）を導
波管（３）を介して反応室（１）へ導入し、電子サイク
ロトロン共鳴フ。

ラズマを発生させることにより、基板（５）上ｆこ、厚
み３ｇの透明状ダイヤモンド膜を形成した。

かくして得られたダイヤモンド膜をＸ線回折により分析
したところ、ダイヤモンドと同定できるピークが確認で
き、その存在が判明できた。また、このダイヤモンド膜
のビッカース硬度及び電気特性を測定したところ、それ
ぞれ、６５００　Ｋ１．／１１７＋及び５　Ｘ　１０＝
３Ω・口となり、これらの数値は完全なダイヤモンド結
晶の特性とほぼ一致しているため、著しく結晶性の高い
ダイヤモンド膜ができたことが判った。

上述の実施例から明らかなよう１こ、本発明ｆこよるダ
イヤモンド膜の製造方法によれは、炭化水素ガス及び水
素ガスからイオン密度の高い電子ザイクロトロン共鳴プ
ラズマを効率よく発生させたことにより、ダイヤモンド
の合成が著しく促進され、不純物の少ない非常に良質な
ダイヤモンド膜が基板上に形成できるようｌこなった。

史１こ、フィラメントなどプラズマ発生用の熱源を使用
しないため、かかる熱源の不良によってダイヤモンド膜
の形成が阻害されず、安定した製造が維持できるという
利点も有し、その結果、量産型に相応しく、且つ信頼性
の高いダイヤモンド膜の製造方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

図はダイヤモンド膜を形成するだめの電子サイクロトロ
ン共鳴型放電装置の概略図である。 （５）・・反応室　＋２＋−・・電磁石用コイル（３）
・・・導波管　（４）・・・ガス心入管（５）・・・基
　板 特許出願人京セラ株式会社 Ｌ’４ｉＡ７のｌ’Ｊ’３’（ｉ）！′ＦＦ　Ｌ　％、
’に’：：ｆ　？−／　）］巨日日ココ− 手続補正会（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５８年特許願第２０８００５号 ２、発明の名称 ダイヤモンド膜の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　京都市山科区東野井上町５２番地１１４、補正命
令の日付 昭和５９年１月１１日 （発送日昭和５９年１月３１日） ５、補正の対象 （１）　明細書の特許請求の範囲の欄 （２）　明細書の発明の詳細な説明の欄（３）　明細書
の図面の簡単な説明の欄（４）図面 ６、補正の内容 （１）　明細雪中特許請求の範囲を別紙の通り補正する
。 （２）明細書中東２頁第５行目の「基板」を「基体」と
補正する。 （３）明細書中東３頁第８行目の「基板」を基体」と補
正する。 （４）明細書中第３頁第１１行目の「図」を「第１図」
と補正する。 （５）明細書中東４頁第１行目の「基板」を「基体」と
補正する。 （６）明細書中第５頁第１行目の「容積に」を「合計し
た容積に」と補正する。 （７）明細書中東５頁第７行目の１基板」を「基体」と
補正する。 （８）　明細書中第５頁第１０行目の１基板」を「基体
」と補正する。 （９）明細書中第５頁第１１行目の「基板」を１基体」
と補正する。 ａＯ）明細書中第５頁第１８行目の「基板」を「基体」
と補正する。 （１１］　明細書中東６頁第２行目の「基板」を「基体
」と補正する。 ＋１２１　明細雪中第６頁第１０行目の「基板温度」を
「基体温度」と補正する。 （１３１明細雪中第６頁第１３行目の「基板」を１基体
」と補正する。 ０４）　明細書中東７頁第１８行目の「図」を「第１図
」と補正する。 （１５）明細書中東８頁第２行目の「基板」を「基体」
と補正する。 （１６＋　適正な図面を添付する。 以上 別　紙 特許請求の範囲 （１１ｐＡ化水素ガス及び水素ガスを反応室１こ導入す
ると共に、該反応室内部ｆこ電子サイクロトロン共覧プ
ラズマを発生させて、耕土１こダイヤモンドを気相成長
させることを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。 （２）　前記反応室内部で、炭化水素ガス及び水素ガス
の命計した容積に対して灰化水素ガスの容積を５０％以
下としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ダイヤモンド膜の製造方法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化水素ガス及び水素ガスを反応室に導入すると
   共に、該反応室内部に電子サイクロン共鳴プラズマを発
   生させて、基板上にダイヤモンドを気相成長させること
   を特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。
2. （２）　前記反応室内部で、炭化水素ガス及び水素ガス
   の容積に対して炭化水素ガスの容積を５０％以下とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイヤモ
   ンド膜の製造方法。