JPS6055480B2 - 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
- JPS6055480B2 JPS6055480B2 JP57146683A JP14668382A JPS6055480B2 JP S6055480 B2 JPS6055480 B2 JP S6055480B2 JP 57146683 A JP57146683 A JP 57146683A JP 14668382 A JP14668382 A JP 14668382A JP S6055480 B2 JPS6055480 B2 JP S6055480B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- vapor phase
- phase synthesis
- base material
- gas
- 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.)
- Expired
Links
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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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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２０ものて
ある。
ある。
（ロ）背景技術
ダイヤモンド又は凝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。
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６０００Ｃ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凝似ダイヤ
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Ｎイオン等でスパッターし、スパッターされた
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→ＳＰ３の電子
軌道変転を生ぜ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凝似ダイヤモンドの薄膜を形成せし
める方法。
）ＣＶＤ法：メタン等の炭化水素を水素をキャリヤーと
して６０００Ｃ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凝似ダイヤ
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Ｎイオン等でスパッターし、スパッターされた
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→ＳＰ３の電子
軌道変転を生ぜ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凝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法は設備が簡素て安価に出来る長所がある
がタイヤ又は凝似ダイヤモンドに遊離炭素が混在し易い
欠点や、６００℃以下の低温では合成出来ず、従つて基
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。
がタイヤ又は凝似ダイヤモンドに遊離炭素が混在し易い
欠点や、６００℃以下の低温では合成出来ず、従つて基
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。
（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。
改善した方法を提供するものである。
即ち本発明法はＣＶＤ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リカバーすると共に、
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段を採用する。こうするこ
とにより、イオンビーム法で採２用していたスパッター
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２
を設置し、基材を４００゜Ｃ以上１０００℃以下に加熱
し、外部から真空容器内ＣＩ（４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３ことによつて加速して基材
上にダイヤモンドを合成せしめることを特徴とすもので
ある。こ）において、４００〜１００℃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
。 ３
以下、本発明の限定理由を述べる。基材もしくは基材を
取巻く反応ガスを４００℃以上に加熱する必要があるの
は、それ以下の温度ではＣＨｌが充分速い速度で分解せ
ず、従つてダイヤモンド又は凝似ダイヤモンドの合成速
度４１が無視し得る程小さい為であり、逆に１０００４
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。
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リカバーすると共に、
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段を採用する。こうするこ
とにより、イオンビーム法で採２用していたスパッター
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２
を設置し、基材を４００゜Ｃ以上１０００℃以下に加熱
し、外部から真空容器内ＣＩ（４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３ことによつて加速して基材
上にダイヤモンドを合成せしめることを特徴とすもので
ある。こ）において、４００〜１００℃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
。 ３
以下、本発明の限定理由を述べる。基材もしくは基材を
取巻く反応ガスを４００℃以上に加熱する必要があるの
は、それ以下の温度ではＣＨｌが充分速い速度で分解せ
ず、従つてダイヤモンド又は凝似ダイヤモンドの合成速
度４１が無視し得る程小さい為であり、逆に１０００４
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（ＣＨ，＋Ｈ２）を高周波電界によつてイオン
化するのは、イオン化することによりガスの反応性が向
上すると同時にスズ状の遊離炭素の生成を抑制したり、
イオン化したＨ２ガスがいつたん生成した遊離炭素をエ
ッチング除去し、単なる炭素膜でなくダイヤモンドもし
くは凝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
上すると同時にスズ状の遊離炭素の生成を抑制したり、
イオン化したＨ２ガスがいつたん生成した遊離炭素をエ
ッチング除去し、単なる炭素膜でなくダイヤモンドもし
くは凝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つ
てイオンが加速せしめられ基材上に衝突し、ＳＰ２→Ｓ
Ｐ，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、ＳＰ２→Ｓ
Ｐ，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５×１ＣＰ以下では粒子状のダ
イヤモンドが合成されるが、ＵＢ／Ｐが１０−１以下も
しくは５×１σ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。
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５×１ＣＰ以下では粒子状のダ
イヤモンドが合成されるが、ＵＢ／Ｐが１０−１以下も
しくは５×１σ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、Ｕ
Ｂ／Ｐが１０−１以下ではバイアス電圧印加の効果がな
く５Ｘ１ＣＰ以上では異常放電が生じ却つてバイアス電
圧の効果が失われる。また、ＣＩ（４に対するＨ２の量
は体積比率てｌ＠以上２５０ｆ８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。
Ｂ／Ｐが１０−１以下ではバイアス電圧印加の効果がな
く５Ｘ１ＣＰ以上では異常放電が生じ却つてバイアス電
圧の効果が失われる。また、ＣＩ（４に対するＨ２の量
は体積比率てｌ＠以上２５０ｆ８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。上記混合ガスは高
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、ダイヤモンド又は凝似ダイヤモ
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つＯ）発明を実施するための最良
の形態 這施例１ 真空容器内に研磨したＳｉ単結晶を平板上に置へ９００
′Ｃに加熱しながらＣＨ，：Ｈ２＝１：８０の混■ガス
を導入し、容器内は１５．３Ｔ０ｒｒ′に維持し、外・
≦より５０ｗｎφ、５ターンのコイルを巻き１３．５ａ
Ｍｚの高周波によりプラズマを発生させた。
トの生成が抑制される範囲でもある。上記混合ガスは高
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、ダイヤモンド又は凝似ダイヤモ
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つＯ）発明を実施するための最良
の形態 這施例１ 真空容器内に研磨したＳｉ単結晶を平板上に置へ９００
′Ｃに加熱しながらＣＨ，：Ｈ２＝１：８０の混■ガス
を導入し、容器内は１５．３Ｔ０ｒｒ′に維持し、外・
≦より５０ｗｎφ、５ターンのコイルを巻き１３．５ａ
Ｍｚ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シ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時間の蒸着を行つた結果、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
ほをがＳＥＭ観察及びラーマン分析により判明した。
平行平板を設置し、１．５ＫＶの直流電圧を基材のＳｉ
が設置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時間の蒸着を行つた結果、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
ほをが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
つた結果、表に示す如くＨ２／ＣＨ４が１０〜２５０，
ＵＢ／Ｐ比は１０−１〜５×１σ、温度が４００〜１０
００℃の範囲がダイヤモンド合成に適当であることがわ
かる。
度、バイアス電圧（加速電圧）、温度を変えて反応を行
つた結果、表に示す如くＨ２／ＣＨ４が１０〜２５０，
ＵＢ／Ｐ比は１０−１〜５×１σ、温度が４００〜１０
００℃の範囲がダイヤモンド合成に適当であることがわ
かる。
尚、反応時間は全て２時間である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 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４００℃
以上１０００℃以下に加熱し、外部から真空容器内にＣ
Ｈ＿４とＨ＿２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つて加速されて基板に到達する方式
のダイヤモンドの気相合成法において直流加速電圧：Ｕ
Ｂ（ＫＶ）と真空度：Ｐ（ｔｏｒｒ）の比率ＵＢ／Ｐが
１０＾−＾１以上５００以下であり、Ｈ＿２ガスとＣＨ
＿４の混合比率（Ｈ＿２／ＣＨ＿４）が１０〜２５０で
あ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、記載の合成法にいて、基材
とイオン化した反応ガスとの反応温度が４００℃以上１
０００℃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 JPS5935092A (ja) | 1984-02-25 |
| JPS6055480B2 true 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) |
Families Citing this family (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 |
| US5275798A (en) * | 1986-07-11 | 1994-01-04 | Kyocera Corporation | Method for producing diamond films |
| JPS63107898A (ja) * | 1986-10-23 | 1988-05-12 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | プラズマを用いるダイヤモンドの合成法 |
| IL93399A (en) * | 1989-02-16 | 1994-06-24 | De Beers Ind Diamond | Epithelium of a diamond or a layer of diamond figures |
| US5104634A (en) * | 1989-04-20 | 1992-04-14 | Hercules Incorporated | Process for forming diamond coating using a silent discharge plasma jet process |
| 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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57111220A (en) * | 1980-08-21 | 1982-07-10 | Nat Res Dev | Carbon layer coating method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5712966Y2 (ja) * | 1977-11-16 | 1982-03-15 |
-
1982
- 1982-08-23 JP JP57146683A patent/JPS6055480B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57111220A (en) * | 1980-08-21 | 1982-07-10 | Nat Res Dev | Carbon layer coating method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5935092A (ja) | 1984-02-25 |
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