JPS6136200A - 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
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
し産業上の利用分野］
本発明は、特に効率を高くすることができるダイヤ−し
ンドの気相合成法に関するもので・ある。
ンドの気相合成法に関するもので・ある。
［従来の技術］
ダイヤモンド（ｊ、他の物質にＥ１／！い数／／の（野
′４１１、：特徴を有ガるために、既に工業化されてい
る１６１−圧下て゛の合成法以外に、低圧下で気相から
合成する方法が研究されている。従来、ダイヤエンドを
常圧以下の圧力で気相から合成づる方法として（１、大
きく分類して次のような方法が知られている。
′４１１、：特徴を有ガるために、既に工業化されてい
る１６１−圧下て゛の合成法以外に、低圧下で気相から
合成する方法が研究されている。従来、ダイヤエンドを
常圧以下の圧力で気相から合成づる方法として（１、大
きく分類して次のような方法が知られている。
■ 炭化水素ガスを熱分解し、加熱された基板上にダイ
ヤエンドを析出ざμるＣＶＤ法。
ヤエンドを析出ざμるＣＶＤ法。
■ 炭化水素ガスと水素ガスの混合ガスを１自周波また
はマイクロ波を用いてプラズマをＲ牛さぜることによっ
て分解し、加熱された基板上にダーでＶモンドを析出さ
′＋！るプラズマＣＶ ｒ−’１法。
はマイクロ波を用いてプラズマをＲ牛さぜることによっ
て分解し、加熱された基板上にダーでＶモンドを析出さ
′＋！るプラズマＣＶ ｒ−’１法。
■ 黒鉛のスパッタリングによって、炭素イオンを生成
させ、これを加速して基板に衝突さ１！ることによりダ
イヤモンドを蒸着するイオンビーム蒸着法。
させ、これを加速して基板に衝突さ１！ることによりダ
イヤモンドを蒸着するイオンビーム蒸着法。
■ 水素ガス中に基板と黒鉛を設置して密ＪｉＪ Ｌ、
、加熱Ｊ：たけ放電によって水素と黒鉛を反応さけ１基
板を黒鉛Ｊ：りも低い温度に保つことによって、炭素原
子を基板Ｊ−に輸送してダイヤモンドを析出させる化学
輸送法。
、加熱Ｊ：たけ放電によって水素と黒鉛を反応さけ１基
板を黒鉛Ｊ：りも低い温度に保つことによって、炭素原
子を基板Ｊ−に輸送してダイヤモンドを析出させる化学
輸送法。
［発明が解決しよう七する問題点コ
ところで、−ｈ述の各方法にはそれぞれ次のような欠点
があった。
があった。
■ ＣＶＤ法は、ダイヤモンドど黒１））が同時に析出
するために、酸基または水素を導入して間欠的に黒鉛を
除去する必要があり、ダイＡ７モンドの成長速度が羅く
、基板もダイヤモンドに限られているという欠点がある
。
するために、酸基または水素を導入して間欠的に黒鉛を
除去する必要があり、ダイＡ７モンドの成長速度が羅く
、基板もダイヤモンドに限られているという欠点がある
。
■ プラズマＣＸ／ ［）法は、結晶性の良いダイヤモ
ンドが容易に得られ、長時間連続的にダイＡ７モンドを
成長さ１ｖることができる。特にマイクロ波を用いた場
合は、比較的高いガス圧力で反応させることかで゛き、
ダイヤモンド膜の成長速度も１μｍ、／ｈｒに達する。
ンドが容易に得られ、長時間連続的にダイＡ７モンドを
成長さ１ｖることができる。特にマイクロ波を用いた場
合は、比較的高いガス圧力で反応させることかで゛き、
ダイヤモンド膜の成長速度も１μｍ、／ｈｒに達する。
、１ノかし、数ｃｍ２以下の基板にダイヤモンドを成長
さｊ）るためには、数百ワット以上の高周波またはマー
イクロ波の出力を必要とし、成長速度も耐摩部材や半導
体用ヒートシンクへの応用には不十分である。
さｊ）るためには、数百ワット以上の高周波またはマー
イクロ波の出力を必要とし、成長速度も耐摩部材や半導
体用ヒートシンクへの応用には不十分である。
■ イオンビーム蒸着法は、炭素イオンを発生させ、高
電圧で加速する装置が複雑かつ高価であり、また析出ど
スパッタリングが同時に行なわれるために成長３Ｉｉ度
が非常に小さい。
電圧で加速する装置が複雑かつ高価であり、また析出ど
スパッタリングが同時に行なわれるために成長３Ｉｉ度
が非常に小さい。
■ 化学輸送法は、物質的に閉じた系で行なわれる反応
であり、長時間の連続運転は困難である。
であり、長時間の連続運転は困難である。
本発明は、これら各方法の欠点を考慮し、■のプラズマ
ＣＶＤ法を改良することによって高効率のダイヤ万ンド
合成法を提供することを目的とするものである。
ＣＶＤ法を改良することによって高効率のダイヤ万ンド
合成法を提供することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］
一般に、高周波電界中で運動する荷電粒子に直流磁界を
Ｌノえると回転運動を開始し、プラズマ中では電子やイ
オンが回転しながら高エネルギ状態に加速される。この
ためにプラズマ密度を七しく高めることが可能となる。
Ｌノえると回転運動を開始し、プラズマ中では電子やイ
オンが回転しながら高エネルギ状態に加速される。この
ためにプラズマ密度を七しく高めることが可能となる。
発明者等は、この現争をプラズマＣＶＤ法によるダイヤ
モンドの気相合成法に応用することによって、ダイヤモ
ンドを高効率に合成できることを見い出した。
モンドの気相合成法に応用することによって、ダイヤモ
ンドを高効率に合成できることを見い出した。
［作用ま
たとえば、２．’１５ＧＨｚのマイクロ波を用いたプラ
ズマＣＶＤ法においては２００Ｇａ＋）ｓｓＪズーＦの
基板表面に垂直な磁束を持つ磁界を印加すると、プラズ
マの励起状態が著しく高まり、１００Ｔｏｒｒ稈度の高
いガス圧力においても安定してプラズマを発生づる。
ズマＣＶＤ法においては２００Ｇａ＋）ｓｓＪズーＦの
基板表面に垂直な磁束を持つ磁界を印加すると、プラズ
マの励起状態が著しく高まり、１００Ｔｏｒｒ稈度の高
いガス圧力においても安定してプラズマを発生づる。
また、磁場を用いないプラズマＣＶＤ法では不可能であ
った炭化水素と水素の比が１：１０以上のガス組成でも
ダイヤモンドを析出させることができる。
った炭化水素と水素の比が１：１０以上のガス組成でも
ダイヤモンドを析出させることができる。
このときのダイＡ７モンドの成長速度は、磁場を印加１
ノない場合の５〜１００倍にも達する。
ノない場合の５〜１００倍にも達する。
印加する磁場の強さは、プラズマ中心においてたとえば
２．４５０＋−１２のマイクロ波を用いる場合で、５０
〜１００００Ｑ旧ｌｓｓ′Ｃ−よく、好ましくは２００
〜３０００Ｇａｕｓｓである。また、１３゜５６ Ｍ
Ｉ−Ｉ Ｚの高周波を用いる場合は、０．１〜１Ｑ Ｑ
Ｑ ａｕｓｓで効果があり、好ま（ツクは０．５〜２
Ｑ Ｑ ａｕｓｓである。
２．４５０＋−１２のマイクロ波を用いる場合で、５０
〜１００００Ｑ旧ｌｓｓ′Ｃ−よく、好ましくは２００
〜３０００Ｇａｕｓｓである。また、１３゜５６ Ｍ
Ｉ−Ｉ Ｚの高周波を用いる場合は、０．１〜１Ｑ Ｑ
Ｑ ａｕｓｓで効果があり、好ま（ツクは０．５〜２
Ｑ Ｑ ａｕｓｓである。
２．４５Ｇｌ−１ｚのマイクロ波と１３．５６ＭＨ７の
高周波では、明らかにマイクロ波の方がダイヤモンドの
生成効率が高いが、マイクロ波にｄ３いて必要とされる
数百〇ａｕｓｓ以上の磁界を発生させるためには強力な
電磁石を用いなＵればならないのに対して、高周波に必
要とされる磁界は安価な永久磁石でも容易に得られる利
点がある。
高周波では、明らかにマイクロ波の方がダイヤモンドの
生成効率が高いが、マイクロ波にｄ３いて必要とされる
数百〇ａｕｓｓ以上の磁界を発生させるためには強力な
電磁石を用いなＵればならないのに対して、高周波に必
要とされる磁界は安価な永久磁石でも容易に得られる利
点がある。
［実施例］
以下、実施例によって発明の内容を具体的に説明する。
実施例１
第１図に示寸ような装置を用いてダイヤモンドの合成を
行なった。基板５として適当に表面粗さをコントロール
したシリコンウェーハを用い、ガスとしてメタンガス、
水素ガスをそれぞれ２００゜８００１１１１１、／ｍｉ
ｎ流した。磁場を印加したプラズマＣＶＤ法ではダイヤ
モンドの成長速度が速いため、このように原料ガスを比
較的大量に供給する必要がある。石英管内を真空ポンプ
７で排気した後、バルブ８を調節して石英管内の圧力を
５０Ｔｏｒｒに保った。電磁石１に電流を流１ノで基板
５の位置で磁束密度が１５００ ＧａｕＳｓになるよう
（、ニジた後、２．４５Ｇｌ−１ｚのマイクロ波７００
ワツトを印加してプラズマを発生させ、２時間反応を相
持した。
行なった。基板５として適当に表面粗さをコントロール
したシリコンウェーハを用い、ガスとしてメタンガス、
水素ガスをそれぞれ２００゜８００１１１１１、／ｍｉ
ｎ流した。磁場を印加したプラズマＣＶＤ法ではダイヤ
モンドの成長速度が速いため、このように原料ガスを比
較的大量に供給する必要がある。石英管内を真空ポンプ
７で排気した後、バルブ８を調節して石英管内の圧力を
５０Ｔｏｒｒに保った。電磁石１に電流を流１ノで基板
５の位置で磁束密度が１５００ ＧａｕＳｓになるよう
（、ニジた後、２．４５Ｇｌ−１ｚのマイクロ波７００
ワツトを印加してプラズマを発生させ、２時間反応を相
持した。
反応後シリ＝］ンウＪ−ハを取出し、反射電子線回折に
より多結晶ダイヤモンドであることを確認した。
より多結晶ダイヤモンドであることを確認した。
走査型電子顕微鏡により膜断面を観察するど、１５μｍ
のＩＱさの膜が見られた。また、ダイヤモンド結晶は柱
状に成長していた。
のＩＱさの膜が見られた。また、ダイヤモンド結晶は柱
状に成長していた。
同じ条件で磁界を印加しないで、２時間反応させたもの
は、生成した膜厚は３μｍであり、反射電子線回折では
多結晶ダイヤモンドと黒鉛の両方が観察された。
は、生成した膜厚は３μｍであり、反射電子線回折では
多結晶ダイヤモンドと黒鉛の両方が観察された。
実施例２
第１図の装置にメタンガス、水系ガスをそれぞれ３００
，７００ ｍｐ−／ｍ＋ｎ流し、石英管内カスＪＥＥ１
００Ｔｏｒｒ、基板５の位置の磁束（’！瘍２００Ｑ（
”、ａｌｌｓｓ、マイクロ波出力１キロワツトで１時間
反応させたところ、石英基板上に１２μｍｌのダイヤモ
ンド膜が生成した。同じ条（’ｆで、磁Ｗを印加しない
場合は、全くプラズマを発生せず、勿論ダイヤモンドに
Ｌ生成しなかった。
，７００ ｍｐ−／ｍ＋ｎ流し、石英管内カスＪＥＥ１
００Ｔｏｒｒ、基板５の位置の磁束（’！瘍２００Ｑ（
”、ａｌｌｓｓ、マイクロ波出力１キロワツトで１時間
反応させたところ、石英基板上に１２μｍｌのダイヤモ
ンド膜が生成した。同じ条（’ｆで、磁Ｗを印加しない
場合は、全くプラズマを発生せず、勿論ダイヤモンドに
Ｌ生成しなかった。
［発明の効果］
以上の説明より明らかなように本発明によれば次のごと
ぎ優れた効果が発揮される。
ぎ優れた効果が発揮される。
すなわち、プラズマＣＸＩＤ法にＡ３いてプラズマ空間
に磁界を印加することによって、ダイヤモンドを高い効
窒で合成づることができる。
に磁界を印加することによって、ダイヤモンドを高い効
窒で合成づることができる。
第１図は本発明のダイヤモンド気相合成法に用いる装置
を示す模式図である。 図中１は電磁石、２は導波管、３はマイク［１波発振器
、４け基板ホルダ、５５１４基板、６は石英管、７は真
空ポンプ、８，９．１０．１１はバルブ゛、１２はガス
供給系である。
を示す模式図である。 図中１は電磁石、２は導波管、３はマイク［１波発振器
、４け基板ホルダ、５５１４基板、６は石英管、７は真
空ポンプ、８，９．１０．１１はバルブ゛、１２はガス
供給系である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 炭化水素ガスに希釈ガスとして水素ガスないしアルゴン
などの不活性ガスの少なくとも１種以上を混合した混合
ガスに、または炭化水素ガスのみに５００ＫＨｚ以上の
高周波またはマイクロ波を印加してプラズマを発生させ
るとともに、高周波またはマイクロ波によって、または
前記プラズマの空間の外部に設けたピークによって前記
プラズマ空間の中に設置した基板を５００℃以上に加熱
し、前記混合ガスまたは炭化水素ガスを分解させて前記
基板の表面にダイヤモンドを生成させる方法において、 前記プラズマ空間に磁界を印加す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 |
|---|---|---|---|
| JP15496584A JPS6136200A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15496584A JPS6136200A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6136200A true JPS6136200A (ja) | 1986-02-20 |
Family
ID=15595770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15496584A Pending JPS6136200A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6136200A (ja) |
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| JPH01313393A (ja) * | 1988-06-10 | 1989-12-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドの気相合成法 |
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1984
- 1984-07-25 JP JP15496584A patent/JPS6136200A/ja active Pending
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