JPS62275092A - Production of diamond - Google Patents

Production of diamond

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JPS62275092A
JPS62275092A JP11558786A JP11558786A JPS62275092A JP S62275092 A JPS62275092 A JP S62275092A JP 11558786 A JP11558786 A JP 11558786A JP 11558786 A JP11558786 A JP 11558786A JP S62275092 A JPS62275092 A JP S62275092A
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JP
Japan
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diamond
inlet
substrate
heating element
reaction
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JP11558786A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadao Inuzuka
犬塚 直夫
Atsuhito Sawabe
厚仁 澤邊
Yoshinori Kuwae
桑江 良昇
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To rapidly produce diamond having superior characteristics in the form of a thin film or the like by placing a heating element near the outlet of a reactive gas introducing pipe and applying voltage between the pipe and the heating element so as to increase the numerical density of diamond nuclei deposited on the surface of a substrate. CONSTITUTION:A substrate holder 7 is placed at the center of the lower part of a reactor 1 and a substrate 8 is set on the holder 7. A reactive gas introducing pipe 2 is put in the reactor 1 from the peripheral part of the bottom and a gaseous org. compound is introduced. A heating element 4 is placed near the outlet of the pipe 2 and voltage is applied between the heating element 4 and the pipe 2 from an AC power source 5 connected to them. By this method, the numerical density of diamond unclei deposited on the surface of the substrate 8 in the early stage of growth is increased, so high purity diamond having satisfactory adhesion to the substrate 8 or a very thin diamond film can be produced at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 [発明の目的] (a業上の利用分野) 本発明はダイヤモンドの製造方法の改良に関する。[Detailed description of the invention] 3. Detailed description of the invention [Purpose of the invention] (Field of use in business a) TECHNICAL FIELD The present invention relates to improvements in diamond manufacturing methods.

(従来の技術) ダイヤモンドは、現在知られている物質の中では、硬度
、熱伝導率が最も大きく、また極めて高い弾性率、圧縮
強さ、電気絶縁性を備え、かつ透明で化学的にも安定な
物質である。したがって、その浸れた特性を生かして、
治工具への耐摩耗コーティング、太FIa’R池の保護
膜、光学レンズあるいは半導体部品の放熱板等への用途
開発が研究されている。しかしながら、天然のダイヤモ
ンドは産出層が少なく極めて高価であるため、工業用素
材として利用するわけにはいかない。
(Prior art) Diamond has the highest hardness and thermal conductivity among currently known substances, and also has extremely high modulus of elasticity, compressive strength, and electrical insulation, and is transparent and chemically resistant. It is a stable substance. Therefore, taking advantage of its immersed characteristics,
Research is being conducted into the development of applications such as wear-resistant coatings for jigs and tools, protective films for large FIa'R ponds, optical lenses, and heat sinks for semiconductor components. However, natural diamonds cannot be used as industrial materials because they are rare and extremely expensive.

そのため、人造ダイヤモンドの製造研究が盛んに行われ
ているが、従来知られている高温・高圧下における方法
で製造された人造ダイヤモンドも高価であって、工業用
素材としての有用性には乏しい。しかも、これら天然ダ
イヤモンド、人造ダイヤモンドはいずれも、一般には塊
状又は粒状の形状を有し、膜の製造は困難であるため、
ダイヤモンドが備える有用な特性を充分に活用できてい
ない。
For this reason, research on the production of artificial diamonds is actively being conducted, but artificial diamonds manufactured by conventional methods under high temperature and high pressure are also expensive and have little usefulness as industrial materials. Moreover, both natural diamonds and artificial diamonds generally have a lumpy or granular shape, making it difficult to produce a film.
Diamond's useful properties are not fully utilized.

このようなことから最近では、低温・低圧下でダイヤモ
ンドを気相成長法により製造する研究が活発に進められ
ている。その主要な方法として、以下の3つの方法が知
られている。
For this reason, research has recently been actively conducted to produce diamonds by vapor phase growth at low temperatures and low pressures. The following three methods are known as the main methods.

第1は、加熱した基体の表面にメタン、エチレン、アセ
チレン、アセトンのような有様化合物と水素との混合ガ
スを導入し、基体に近接した熱フィラメントの熱エネル
ギーで混合ガスを熱分解して活性種を生成させ、基体表
面にダイヤモンドを成長させるものである(特公昭59
−27753、朝日新聞1986年1月1日付朝刊)。
The first method involves introducing a gas mixture of specific compounds such as methane, ethylene, acetylene, or acetone and hydrogen onto the surface of a heated substrate, and thermally decomposing the gas mixture using the thermal energy of a hot filament close to the substrate. This method generates active species and grows diamonds on the surface of the substrate (Special Publication No. 1983).
-27753, Asahi Shimbun morning edition, January 1, 1986).

第2は、第1の方法を改良したものであり、上記第1の
方法に加えて、基体と熱フィラメントとの間に、基体が
正電位、熱フィラメントが負電位になるように電圧を印
加して熱フィラメントから熱電子を放出させて基体上に
照射しながら、基体上にダイヤモンドを成長させるもの
である(特開昭60−221395>。
The second method is an improvement on the first method, and in addition to the first method, a voltage is applied between the base and the hot filament so that the base has a positive potential and the hot filament has a negative potential. In this method, diamond is grown on a substrate while emitting hot electrons from a hot filament and irradiating them onto the substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 60-221395).

第3は、プラズマ中で原料の有機化合物ガスを分解して
活性種を生成させ、基体上にダイヤモンドを成長させる
ものである(特開昭58−135117、特開昭59−
3098等)。
The third method is to decompose raw material organic compound gas in plasma to generate active species and grow diamond on a substrate (JP-A-58-135117, JP-A-59-
3098 etc.).

これらの方法はいずれも比較的低温・低圧下で行われる
ため、比較的小さな装置で実現でき、工業的には有利で
ある。
Since all of these methods are carried out at relatively low temperatures and low pressures, they can be realized with relatively small equipment and are industrially advantageous.

しかし、上記のいずれの方法でも成長初期に基体表面に
析出するダイヤモンド核の数密度が小さく、ダイヤモン
ド薄膜の形成、ダイヤモンドと基体との密着性、ダイヤ
モンド膜の成長速度等の面において、必ずしも満足すべ
きものではなかった。
However, in any of the above methods, the number density of diamond nuclei precipitated on the surface of the substrate in the early stage of growth is small, and the formation of a diamond thin film, the adhesion between the diamond and the substrate, the growth rate of the diamond film, etc. are not necessarily satisfactory. It wasn't a kimono.

このため、例えばダイヤモンドの優れた硬度に着目して
工具表面にダイヤモンドをコーティングしても、ダイヤ
モンドと基体との密着性が小さいため、ダイヤモンドコ
ーティングが剥離して工具寿命が短くなったりする等の
問題があった。
For this reason, for example, even if diamond is coated on the surface of a tool due to its excellent hardness, the adhesion between the diamond and the substrate is poor, resulting in problems such as the diamond coating peeling off and the tool life being shortened. was there.

これらの問題点に加えて、第1及び第2の方法では、基
体に近接した熱フィラメントからの熱エネルギーで、基
体表面が高温になるために耐熱性の基体しか用いること
ができないという問題がある。また、第3の方法では、
基体の周辺材料成分がプラズマ中に取込まれ、ダイヤモ
ンドが汚染されるという問題がある。
In addition to these problems, the first and second methods have the problem that only heat-resistant substrates can be used because the surface of the substrate becomes high temperature due to the thermal energy from the hot filament close to the substrate. . Also, in the third method,
There is a problem in that material components around the substrate are taken into the plasma and the diamond is contaminated.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記問題点をwI消するためになされたもので
あり、低温・低圧下での気相成長法を用い、基体表面を
異常加熱することなく、成長初期において基体表面に析
出するダイヤモンド核の数密度を大きくし、ひいては基
体との密着性が良好で純度の高いダイヤモンドや非常に
薄いダイヤモンド薄膜を高速度で製造し得る方法を提供
することを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to eliminate the above-mentioned problems, and uses a vapor phase growth method at low temperature and low pressure, without abnormally heating the substrate surface. The purpose is to increase the number density of diamond nuclei precipitated on the surface of a substrate in the early stage of growth, and to provide a method that can produce high-purity diamond or very thin diamond thin films with good adhesion to the substrate at high speed. shall be.

[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明のダイヤモンドの製造方法は、反応容器内に基体
を設置し、この反応容器内に少なくとも1喝の導入口か
ら反応ガスを導入し、この反応ガスを分解することによ
り前記基体上にダイヤモンドを成長させるにあたり、前
記少なくとも1喝の導入口に近接して少なくとも1個の
加熱体を配置し、対応する導入口と加熱体との間に電圧
を印加することを特徴とするものである。なお、本発明
においてダイヤモンドは、全体が完全にダイヤモンドで
構成されている場合に限らず、ダイヤモンドとともに黒
鉛又は非晶質炭素等の非ダイヤモンド成分が多少混在す
る場合や、炭素が主成分で(若干水素を含んでもよい)
本質的には非晶質(結晶質を含んでもよい)構造であり
、透明で4000Hv以上の硬度及び電気絶縁性を有す
るダイヤモンド状炭素(diamond−like c
arbon )を含むものとする。
[Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems)] The diamond manufacturing method of the present invention includes: installing a substrate in a reaction vessel; and introducing a reaction gas into the reaction vessel through at least one inlet. , in growing diamond on the substrate by decomposing the reaction gas, at least one heating element is disposed close to the at least one inlet, and between the corresponding inlet and the heating element; It is characterized by applying a voltage to. In addition, in the present invention, diamond is not limited to cases where the entire structure is completely composed of diamond, but cases where non-diamond components such as graphite or amorphous carbon are mixed together with diamond, or where carbon is the main component (somewhat). (may contain hydrogen)
Diamond-like carbon has an essentially amorphous (may include crystalline) structure, is transparent, has a hardness of 4000 Hv or more, and has electrical insulation properties.
arbon) shall be included.

本発明方法を実施するにあたっては、まず通常の気相成
長法で用いられる反応容器中に基体を配置する。基体の
材料としては、各種の単体金属、合金、セラミックス、
ガラス、有芸物質又はこれらの複合材料が用いられるが
、特に限定されない。
In carrying out the method of the present invention, first, a substrate is placed in a reaction vessel used in a normal vapor phase growth method. Substrate materials include various single metals, alloys, ceramics,
Glass, artefacts, or composite materials thereof may be used, but are not particularly limited.

耐熱性の低い基体を用いてもよい。A substrate with low heat resistance may also be used.

次に、反応容器内に少なくとも1個の導入口から反応ガ
スを導入する。反応ガスとしては、ダイヤモンド源とし
て少なくとも有機化合物を含有していることが必要であ
る。有機化合物としては、本発明方法によりダイヤモン
ドの構成元素である炭素を生じるものであればよいが、
比較的低分子数のものが好適で、具体的にはメタン、エ
タン、プロパン、エチレン、アセチレン、ブタジェン、
ベンゼン等の炭化水素、アセトン、メタノール、エタノ
ール、アセトアルデヒドを挙げることができる。
Next, a reaction gas is introduced into the reaction vessel through at least one inlet. The reactive gas must contain at least an organic compound as a diamond source. The organic compound may be one that produces carbon, which is a constituent element of diamond, by the method of the present invention;
Those with relatively low molecular numbers are preferred, specifically methane, ethane, propane, ethylene, acetylene, butadiene,
Examples include hydrocarbons such as benzene, acetone, methanol, ethanol, and acetaldehyde.

また、反応ガスの中に水素を所定量混合すると、ダイヤ
モンドの析出速度が大きくなるうえ、形成されるダイヤ
モンドの特性が向上するので有効である。混入させる水
素の適量は他の反応条件によっても左右されるため、特
に限定されないが、例えば体積比で(有機化合物)/′
(水素) =0.001〜1.0の範囲が好ましい。こ
れは、励起して分解・生成した活性水素が、有機化合物
の励起・分解を促進したり、副生する黒鉛、非晶質炭素
等の非ダイヤモンド成分と反応してこれらを除去するこ
とが推定されるためである。また、これらの反応ガスの
他に、ArやHe等の不活性ガスを導入してもよい。
Furthermore, it is effective to mix a predetermined amount of hydrogen into the reaction gas because it increases the diamond precipitation rate and improves the properties of the diamond formed. The appropriate amount of hydrogen to be mixed is not particularly limited as it also depends on other reaction conditions, but for example, the volume ratio of (organic compound)/'
(Hydrogen) is preferably in the range of 0.001 to 1.0. This is because active hydrogen, which is excited and decomposed and generated, accelerates the excitation and decomposition of organic compounds and reacts with non-diamond components such as by-product graphite and amorphous carbon to remove them. This is to be done. Further, in addition to these reactive gases, an inert gas such as Ar or He may be introduced.

また、反応ガス中にホウ素、アルミニウム、ガリウム、
インジウムもしくはタリウムの単体もしくはその化合物
のうち少なくとも1種又は窒素、リン、ヒ素、アンチモ
ンもしくはビスマスの単体もしくはその化合物のうち少
なくとも1種を含有させれば半導体特性を有するダイヤ
モンドを製造することができる。
In addition, boron, aluminum, gallium,
Diamond having semiconductor properties can be produced by containing at least one of indium or thallium or a compound thereof, or nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, or bismuth or a compound thereof.

なお、反応容器内のガス圧は反応ガスの構成によって異
なり、特に限定されるものではないが、例えば102〜
10′4Torrの範囲が好ましい。
Note that the gas pressure inside the reaction container varies depending on the composition of the reaction gas, and is not particularly limited, but for example,
A range of 10'4 Torr is preferred.

また、基体自体は加熱してもしなくてもよいが、加熱す
るとダイヤモンドの成長速度も大きくなり、特性も良好
であるので有効である。特に、基体を400℃以上に加
熱すると、ダイヤモンド中の非ダイヤモンド成分が減少
するほか、ダイヤモンドと基体との密着性も向上するの
で望ましい。
Further, the substrate itself may or may not be heated, but heating is effective because it increases the growth rate of diamond and provides good properties. In particular, it is desirable to heat the substrate to 400° C. or higher because this not only reduces the amount of non-diamond components in the diamond but also improves the adhesion between the diamond and the substrate.

反応ガスとして例えば有機化合物と水素との組合せのよ
うに2種類以上の物質からなる反応ガスを用いる場合、
反応容器内には、これら2種類以上の反応ガスを別々の
導入口から導入してもよいし、同一の導入口から導入し
てもよい。
When using a reactive gas consisting of two or more types of substances, such as a combination of an organic compound and hydrogen,
These two or more types of reaction gases may be introduced into the reaction vessel through separate introduction ports, or may be introduced through the same introduction port.

つづいて、少なくとも1個の導入口に近接して配置され
ている少なくとも1個の加熱体を加熱するとともに、対
応する導入口と加熱体との間に電圧を印加する。この結
果、反応ガスの励起・分解が頻繁に起こり、基体上にダ
イヤモンドが成長する。
Subsequently, at least one heating element disposed close to the at least one inlet is heated, and a voltage is applied between the corresponding inlet and the heating element. As a result, excitation and decomposition of the reactive gas occur frequently, and diamond grows on the substrate.

加熱体の加熱温度は反応ガス成分、反応ガス圧力等の反
応条件によっても左右されるため、特に限定されないが
、有機化合物の励起・分解のためには400℃以上、水
素の励起・分解のためには1100℃以上、有機化合物
及び水素の励起・分解のためには1100℃以上が望ま
しい。
The heating temperature of the heating element is not particularly limited as it depends on reaction conditions such as reaction gas components and reaction gas pressure, but it is 400°C or higher for excitation and decomposition of organic compounds, and 400°C or higher for excitation and decomposition of hydrogen. For excitation and decomposition of organic compounds and hydrogen, a temperature of 1100°C or higher is desirable.

印加電圧は直流、交流のいずれでも効果を有し、両者を
重畳してもよい。電圧を印加した際、導入口と加熱体と
の間に放電を起こさせる方法と起こさせない方法との2
通りがある。前者の場合、ダイヤモンドの成長速度が大
きく、後者の場合、ダイヤモンドの純度が高いという特
長があるので、目的・用途に応じて選択することができ
る。また、直流電圧を印加する場合、導入口を正電位、
加熱体を負電位にすれば、加熱体が熱電子を放出しやす
くなるので、小さい直流電圧で効果を得ることができる
The applied voltage has an effect whether it is direct current or alternating current, and both may be superimposed. There are two methods: one in which discharge occurs between the inlet and the heating element when voltage is applied, and one in which it does not occur.
There is a street. In the former case, the growth rate of diamond is high, and in the latter case, the purity of diamond is high, so they can be selected depending on the purpose and use. In addition, when applying a DC voltage, the inlet should be placed at a positive potential.
If the heating element is set to a negative potential, it becomes easier for the heating element to emit thermoelectrons, so the effect can be obtained with a small DC voltage.

更に、以上の説明では、■基体設置、■反応ガス導入、
(■基体加熱)、■加熱体加熱及び電圧印加の順序で操
作を行なう場合について説明したが、この順序に限定さ
れるものではなく、例えば■と■の順序を逆にしてもよ
い。
Furthermore, in the above explanation, ■substrate installation, ■reactant gas introduction,
Although the case has been described in which the operations are performed in the order of (1) substrate heating, (2) heating of the heating element, and voltage application, the order is not limited to this, and for example, the order of (1) and (2) may be reversed.

(作用) 上記のような本発明方法によれば、反応ガス中の有機化
合物が励起・分解して活性な化学種となり、これが基体
表面に順次析出してダイヤモンドが形成される。この際
、加熱体が導入口に近接して配置され、基体に近接した
位置には加熱体が配置されていないので、基体表面の異
常加熱を防止することができる。また、加熱体と印加電
圧との協同作用により、反応ガスの励起・分解の確率が
格段に向上するので、ダイヤモンド核の数密度が増加す
る。この結果、膜状のダイヤモンドを従来よりも格段に
速い成長速度で形成することができ、しかもダイヤモン
ドと基体との密着性も向上することができる。更に、プ
ラズマを発生させないので、プラズマ成分によるダイヤ
モンドの汚染も防止することができる。
(Operation) According to the method of the present invention as described above, the organic compound in the reaction gas is excited and decomposed to become active chemical species, which are successively deposited on the surface of the substrate to form diamond. At this time, since the heating body is placed close to the inlet and not placed close to the base, abnormal heating of the surface of the base can be prevented. Moreover, the probability of excitation and decomposition of the reaction gas is greatly improved due to the cooperative action of the heating element and the applied voltage, so that the number density of diamond nuclei increases. As a result, film-like diamond can be formed at a much faster growth rate than in the past, and the adhesion between the diamond and the substrate can also be improved. Furthermore, since no plasma is generated, contamination of the diamond by plasma components can be prevented.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第1
図〜第3図は本発明の実施例において用いられた反応装
置の概略構成図である。まず、これらの反応装置につい
て説明する。なお、第2図及び第3図中、第1図と同一
の部材には同一の番号を付して説明を省略する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. 1st
3 to 3 are schematic diagrams of the reactor used in the examples of the present invention. First, these reaction devices will be explained. In addition, in FIGS. 2 and 3, the same members as in FIG. 1 are given the same numbers and their explanations will be omitted.

第1図において、反応容器1の底面周縁部からは導入口
2が挿入され、反応容器1の上面には排気口3が設けら
れている。前記、導入口2近傍には加熱体4が配置され
、導入口2と加熱体4との間には交流電源5が接続され
ている。また、反応容器1内の下部中央には基体ホルダ
7が設けられており、この基体ホルダ7上に基体8が保
持される。なお、基体ホルダ7下部には基体8加熱用の
図示しない加熱源が設けられている。そして、反応容器
1内には、導入口2から有機化合物のガス(C源)のみ
が導入される。
In FIG. 1, an inlet 2 is inserted from the peripheral edge of the bottom surface of a reaction container 1, and an exhaust port 3 is provided on the top surface of the reaction container 1. A heating body 4 is arranged near the introduction port 2, and an AC power source 5 is connected between the introduction port 2 and the heating body 4. Further, a substrate holder 7 is provided at the center of the lower part of the reaction vessel 1, and a substrate 8 is held on this substrate holder 7. Note that a heating source (not shown) for heating the substrate 8 is provided at the bottom of the substrate holder 7 . Then, only the organic compound gas (C source) is introduced into the reaction vessel 1 through the introduction port 2 .

第2図図示の反応装置は、導入口2と加熱体4との間に
導入口2が正電位となるように直流電源6が接続されて
いる以外は第1図図示の反応装置と同様な構成を有して
いる。そして、反応容器1内には、導入口2から有機化
合物のガス(C源)及び水素ガス(H2)が導入される
The reactor shown in FIG. 2 is similar to the reactor shown in FIG. 1 except that a DC power supply 6 is connected between the inlet 2 and the heating element 4 so that the inlet 2 has a positive potential. It has a structure. Then, an organic compound gas (C source) and hydrogen gas (H2) are introduced into the reaction vessel 1 from an inlet 2.

第3図図示の反応装置は、反応容器1に導入口2と対称
的な位置に底面周縁部から導入口2′が挿入され、導入
口2′近傍にも加熱体4′が配置されて導入口2−と加
熱体4′との間に導入口2−が正電位となるように直流
電[6が接続されている以外は第1図図示の反応装置と
同様の構成を有している。そして、反応容器1内には、
導入口2から有機化合物のガス(C源)が、導入口2′
から水素ガス(H2)がそれぞれ導入される。
In the reaction apparatus shown in FIG. 3, an inlet 2' is inserted into the reaction vessel 1 from the peripheral edge of the bottom at a position symmetrical to the inlet 2, and a heating element 4' is also arranged near the inlet 2'. The reactor has the same structure as the reactor shown in FIG. 1, except that a DC voltage [6] is connected between the port 2- and the heating element 4' so that the inlet 2- has a positive potential. In the reaction vessel 1,
Organic compound gas (C source) flows from the inlet 2 to the inlet 2'
Hydrogen gas (H2) is introduced from each.

実施例1 第1図図示の反応装置を用い、以下のようにしてダイヤ
モンドを製造した。まず、基体ホルダ7上に基体8とし
てモリブデンを設置し、図示しない加熱源で加熱して7
50℃に保持した。次に、導入口2から反応容器1内に
アセトンを40+e/1nの流燥で導入し、排気口3か
ら排気して反応容器1内を約4 Q TOrrに維持し
た。次いで、加熱体4を1300℃に昇温して保持する
とともに、交流電源5により導入口2と加熱体4との間
に1 kV、60)−12の交流電圧を印加した。
Example 1 Using the reaction apparatus shown in FIG. 1, diamond was produced in the following manner. First, molybdenum is placed on the substrate holder 7 as the substrate 8, and heated with a heating source (not shown).
It was maintained at 50°C. Next, acetone was introduced into the reaction vessel 1 from the inlet 2 at a flow rate of 40+e/1n, and the inside of the reaction vessel 1 was maintained at about 4 Q TOrr by exhausting from the exhaust port 3. Next, the temperature of the heating body 4 was raised to 1300° C. and maintained, and an AC voltage of 1 kV, 60)-12 was applied between the inlet 2 and the heating body 4 from the AC power supply 5.

この状態を15分間続けたところ、基体8表面に8X1
0”個/口2の平均数密度のダイヤモンド核が形成され
ていた。更に反応を続け、合計1時間の反応時間後には
平均膜厚1譚のダイヤモンド膜が得られ、合計4時間の
反応時間後には平均膜厚3−のダイヤモンド膜が得られ
た。
When this state continued for 15 minutes, 8X1
Diamond nuclei were formed with an average number density of 0"/2. The reaction was continued, and after a total reaction time of 1 hour, a diamond film with an average thickness of 1 tan was obtained, and a total reaction time of 4 hours. Afterwards, a diamond film with an average thickness of 3 mm was obtained.

得られた膜について、基体への密着性を押し込み法を用
い、基体に対する膜の付着力の大きさから評価した<T
h1n 5olid  Fills、 Vol、  7
9(1981)、p、91)。その結果、付着力は大き
な値を示した。
The adhesion of the obtained film to the substrate was evaluated using the indentation method based on the strength of the film's adhesion to the substrate.<T
h1n 5olid Fills, Vol, 7
9 (1981), p. 91). As a result, the adhesion force showed a large value.

なお、基体8としてアルミニウムやGaASのように耐
熱性の低い材料を用いた場合にも上記と同様に良好な結
果が得られた。
Note that good results similar to those described above were also obtained when a material with low heat resistance, such as aluminum or GaAS, was used as the substrate 8.

比較例1として交流電源5を用いない以外は、実施例1
と同様な条件で実験を行なった。この場合、15分後の
ダイヤモンド族の平均数密度は5.9x10S個/α2
であった。また、4時間の反応時間後にも膜はほとんど
形成されず、平均粒径0.5.11111のダイヤモン
ド粒子が生じただけである。
Example 1 except that the AC power source 5 is not used as Comparative Example 1
The experiment was conducted under similar conditions. In this case, the average number density of the diamond group after 15 minutes is 5.9 x 10S pieces/α2
Met. Further, even after a reaction time of 4 hours, hardly any film was formed, and only diamond particles with an average particle size of 0.5.11111 were formed.

比較例2として加熱体4を加熱しない以外は、実施例1
と同様な条件で実験を行なった。この場合、4時間の反
応時間後にもダイヤモンドは全く形成されなかった。
Example 1 except that the heating body 4 is not heated as Comparative Example 2
The experiment was conducted under similar conditions. In this case, no diamonds were formed even after a reaction time of 4 hours.

実施例2 第2図図示の反応装置を用い、以下のようにしてダイヤ
モンドを製造した。まず、基体ホルダ7上に基体8とし
てシリコンを設置し、図示しない加熱源で加熱して50
0℃に保持した。次に、導入口2から反応容器1内にエ
タンと水素との混合ガス(エタンと水素との体積比は1
:50)を150m/1nの流量で導入し、排気口3か
ら排気して反応容器1内を約10Torrに維持した。
Example 2 Using the reaction apparatus shown in FIG. 2, diamond was produced in the following manner. First, silicon was placed as the base 8 on the base holder 7, and heated with a heating source (not shown) for 50 minutes.
It was kept at 0°C. Next, a mixed gas of ethane and hydrogen (the volume ratio of ethane and hydrogen is 1
:50) was introduced at a flow rate of 150 m/1 n, and the inside of the reaction vessel 1 was maintained at about 10 Torr by exhausting from the exhaust port 3.

次いで、加熱体4を1600℃に昇温して保持するとと
もに、直流電源6により導入口2と加熱体4との間に導
入口2が正電位、加熱体4が負電位となるように300
■の直流電圧を印加した。
Next, the temperature of the heating element 4 is raised to 1600° C. and maintained, and a DC power source 6 is used to heat the inlet 2 and the heating element 4 at a temperature of 300° C. so that the inlet 2 is at a positive potential and the heating element 4 is at a negative potential.
A DC voltage of (3) was applied.

この状態を5分間続けたところ、基体8表面に8.5X
”1Q10個/c!R2の平均数密度のダイヤモンド族
が形成されていた。また、合計15分の反応時間後には
平均膜厚0.5譚のダイヤモンド膜が得られ、合計4時
間の反応時間後には平均膜厚7pのダイヤモンド膜が得
られた。得られた腹は大きな付着力を示した。
When this state continued for 5 minutes, 8.5X
"A diamond group with an average number density of 1Q10 pieces/c!R2 was formed. Also, after a total reaction time of 15 minutes, a diamond film with an average film thickness of 0.5 tan was obtained, and a total reaction time of 4 hours. A diamond film with an average film thickness of 7p was subsequently obtained.The obtained anti-node showed great adhesion.

なお、基体8としてアルミニウムやGaASのように耐
熱性の低い材料を用いた場合にも上記と同様に良好な結
果が得られた。
Note that good results similar to those described above were also obtained when a material with low heat resistance, such as aluminum or GaAS, was used as the substrate 8.

比較例3として直流!1116を用いない以外は、実施
例2と同様な条件で実験を行なった。この場合、5分後
のダイヤモンド族の平均数密度は4,8X10’個/υ
2であった。また、4時間の反応時間後にも膜は形成さ
れず、平均粒径0.4AIMのダイヤモンド粒子が生じ
ただけである。
Direct current as comparative example 3! An experiment was conducted under the same conditions as in Example 2, except that 1116 was not used. In this case, the average number density of the diamond group after 5 minutes is 4.8×10'/υ
It was 2. Moreover, no film was formed even after a reaction time of 4 hours, and only diamond particles with an average particle size of 0.4 AIM were formed.

比較例4として加熱体4を加熱しない以外は、実施例2
と同様な条件で実験を行なった。この場合、4時間の反
応時間後にもダイヤモンドは全く形成されなかった。
Example 2 except that the heating body 4 is not heated as Comparative Example 4
The experiment was conducted under similar conditions. In this case, no diamonds were formed even after a reaction time of 4 hours.

実施例3 第3図図示の反応装置を用い、以下のようにしてダイヤ
モンドを製造した。まず、基体ホルダ7上に基体8とし
て窒化アルミニウムを設置し、図示しない加熱源で加熱
して600℃に保持した。
Example 3 Using the reaction apparatus shown in FIG. 3, diamond was produced in the following manner. First, aluminum nitride was placed as the base 8 on the base holder 7, and heated with a heat source (not shown) and maintained at 600°C.

次に、反応容器1内に導入口2からメタンを1d/mi
nの流量で、導入口2′から水素を100af/min
の流量でそれぞれ導入し、排気口3から排気して反応容
器1内を約ITorrに維持した。次いで、メタンの導
入口2に近接した加熱体4を900℃に昇温して保持す
るとともに、交流1gA3により導入口2と加熱体4と
の間に500v、100Hzの交流電圧を印加した。こ
れと同時に水素の導入口2′に近接した加熱体4′を1
800℃に昇温して保持するとともに、直流電源6によ
り導入口2−と加熱体4′との間に導入口2″が正電位
、加熱体4−が負電位となるように100Vの直流電圧
を印加した。
Next, methane was introduced into the reaction vessel 1 from the inlet 2 at a rate of 1 d/mi.
At a flow rate of n, hydrogen is supplied from the inlet 2' at 100af/min.
The inside of the reaction vessel 1 was maintained at approximately ITorr by being evacuated from the exhaust port 3. Next, the temperature of the heating element 4 close to the methane inlet 2 was raised to 900° C. and maintained, and an AC voltage of 500 V and 100 Hz was applied between the inlet 2 and the heating element 4 using AC 1 g A3. At the same time, the heating element 4' close to the hydrogen inlet 2' is
While raising the temperature to 800°C and maintaining it, a DC power source 6 applies 100V DC between the inlet 2- and the heating element 4' so that the inlet 2'' has a positive potential and the heating element 4- has a negative potential. A voltage was applied.

この状態を5分間続けたところ、基体8表面に1.3 
xlo” III/α2の平均数密度のダイヤモンド族
が形成されていた。また、合計15分の反応時間後には
平均膜厚0.6−のダイヤモンド膜が得られ、合計4時
間の反応時間後には平均膜厚1osのダイヤモンド膜が
得られた。得られた膜は大きな付着力を示した。
When this state continued for 5 minutes, 1.3
A diamond group with an average number density of xlo'' III/α2 was formed. Also, after a total reaction time of 15 minutes, a diamond film with an average thickness of 0.6- was obtained, and after a total reaction time of 4 hours, A diamond film with an average thickness of 1 os was obtained.The obtained film showed great adhesion.

なお、基体8としてアルミニウムやGaAsのように耐
熱性の低い材料を用いた場合にも上記と同様に良好な結
果が得られた。
Note that good results similar to those described above were also obtained when a material with low heat resistance, such as aluminum or GaAs, was used as the substrate 8.

比較例5として交流1[5及び直流電源6を用いない以
外は、実施例3と同様な条件で実験を行なった。この場
合、5分後のダイヤモンド族の平均数密度は6,5x1
0S個/ClI2であった。15分の反応時間後にはダ
イヤモンドはまだ膜に成長していなかった。4時間の反
応時間後には平均膜厚2−のダイヤモンド族が得られた
が、付着力は小さかった。
As Comparative Example 5, an experiment was conducted under the same conditions as in Example 3, except that AC 1[5 and DC power source 6 were not used. In this case, the average number density of the diamond family after 5 minutes is 6,5x1
It was 0S pieces/ClI2. After a reaction time of 15 minutes, the diamond had not yet grown into a film. After a reaction time of 4 hours, a diamond family film with an average thickness of 2-2 was obtained, but the adhesion was small.

比較例6として加熱体4.4−を加熱しない以外は、実
施例3と同様な条件で実験を行なった。
As Comparative Example 6, an experiment was conducted under the same conditions as in Example 3, except that heating element 4.4- was not heated.

この場合、4時間の反応時間後にもダイヤモンドはほと
んど形成されなかった。
In this case, very little diamond was formed even after a reaction time of 4 hours.

なお、第9図図示の反応装置では交流′R源5を用いた
が、直流N源を用いてもよい。逆に、第2図図示の反応
装置では直流電源6を用いたが、交流電源を用いてもよ
い。また、第3図図示の反応装置では交流電源5と直流
電源6との両者を用いたが、両者を交換してもよく、ま
た交流電源のみ又は直流電源のみを用いてもよい。
Although the reactor shown in FIG. 9 uses an AC'R source 5, a DC N source may also be used. Conversely, although the reaction apparatus shown in FIG. 2 uses a DC power source 6, an AC power source may also be used. Furthermore, although both the AC power source 5 and the DC power source 6 are used in the reaction apparatus shown in FIG. 3, both may be replaced, or only the AC power source or only the DC power source may be used.

更に、第1図〜第3図に示す反応装置に限らず、例えば
第4図又は第5図図示の反応IIを用いてもよい。なお
、第4図又は第5図中、第1図と同一の部材には同一番
号を付して説明を省略する。
Furthermore, not only the reaction apparatus shown in FIGS. 1 to 3, but also the reaction II shown in FIG. 4 or 5, for example, may be used. Note that in FIG. 4 or 5, the same members as in FIG. 1 are given the same numbers and their explanations will be omitted.

第4図図示の反応装置は、反応容器1に導入口2と対称
的な位置に底面周縁部から導入口2−が挿入されている
以外は第1図図示の反応装置と同様の構成を有している
。そして、原発容器1内には、導入口2から有機化合物
のガス(CI>が、導入口2′から水素ガス(H2)が
それぞれ導入される。
The reaction device shown in FIG. 4 has the same configuration as the reaction device shown in FIG. are doing. Then, into the nuclear power plant vessel 1, an organic compound gas (CI>) is introduced through an inlet 2, and a hydrogen gas (H2) is introduced through an inlet 2'.

第5図図示の反応装置は、反応容器1に導入口2と対称
的な位置に底面周縁部から導入口2−が挿入され、導入
口2に近接して加熱体4が設けられているが両者の間に
電圧を印加する電源は設けられておらず、導入口2−近
傍には加熱体4′が配置されて導入口2′と加熱体4−
との間に導入口2′が正電位となるように直流電源6が
接続されている以外は第1図図示の反応装置と同様の構
成を有している。そして、反応容器1内には、導入口2
から有機化合物のガス(Cat)が、導入口2′から水
素ガス(H2)がそれぞれ導入される。
In the reaction apparatus shown in FIG. 5, an inlet 2- is inserted into the reaction vessel 1 from the peripheral edge of the bottom at a position symmetrical to the inlet 2, and a heating element 4 is provided adjacent to the inlet 2. A power source for applying voltage between the two is not provided, and a heating element 4' is arranged near the inlet 2- to connect the inlet 2' and the heating element 4-.
The reactor has the same structure as the reactor shown in FIG. 1, except that a DC power supply 6 is connected between the reactor and the inlet 2' so that the inlet 2' has a positive potential. In the reaction vessel 1, there is an inlet 2.
An organic compound gas (Cat) is introduced from the inlet 2', and hydrogen gas (H2) is introduced from the inlet 2'.

本発明方法に用いられる反応装置としては、これらの他
にも種々の変形が考えられる。
In addition to these, various modifications can be considered for the reaction apparatus used in the method of the present invention.

[発明の効果コ 以上詳述した如く本発明方法によれば、耐熱性の低い基
体を用いても何ら問題なく、基体表面に析出するダイヤ
モンド核の数密度を増大させることができ、その結果様
々の特性が優れた薄膜状のダイヤモンドを迅速に得るこ
とができる等工業上極めて有用である。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the method of the present invention, it is possible to increase the number density of diamond nuclei precipitated on the surface of the substrate without any problem even if a substrate with low heat resistance is used, and as a result, various effects can be achieved. It is extremely useful industrially, as it allows rapid production of thin film diamonds with excellent properties.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例1で用いられたダイヤモンドを
形成するための反応装置の概略構成図、第2図は本発明
の実施例2で用いられたダイヤモンドを形成するための
反応装置の概略構成図、第3図は本発明の実施例3で用
いられたダイヤモンドを形成するための反応装置の概略
構成図、第4図及び第5図はそれぞれ本発明の他の実施
例で用いられるダイヤモンドを形成するための反応装置
の概略構成図である。 1・・・反応容器、2.2′・・・導入口、3・・・排
気口、4.4−・・・加熱体、5・・・交流its、6
・・・直流電源、7・・・基体ホルダ、8・・・基体。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第 2 図
Figure 1 is a schematic configuration diagram of a reaction apparatus for forming diamond used in Example 1 of the present invention, and Figure 2 is a schematic diagram of a reaction apparatus for forming diamond used in Example 2 of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of a reaction apparatus for forming diamond used in Example 3 of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are each used in other examples of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram of a reaction apparatus for forming diamond. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reaction container, 2.2'... Inlet, 3... Exhaust port, 4.4-... Heating body, 5... AC its, 6
. . . DC power supply, 7. Base holder, 8. Base. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 2

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)反応容器内に基体を設置し、この反応容器内に少
なくとも1個の導入口から反応ガスを導入し、この反応
ガスを分解することにより前記基体上にダイヤモンドを
成長させるにあたり、前記少なくとも1個の導入口に近
接して少なくとも1個の加熱体を配置し、対応する導入
口と加熱体との間に電圧を印加することを特徴とするダ
イヤモンドの製造方法。
(1) A substrate is installed in a reaction vessel, a reaction gas is introduced into the reaction vessel from at least one inlet, and the reaction gas is decomposed to grow diamond on the substrate. 1. A method for manufacturing diamond, which comprises arranging at least one heating element in the vicinity of one inlet and applying a voltage between the corresponding inlet and the heating element.
(2)反応容器内に少なくとも1個の導入口から有機化
合物を含む反応ガスを導入し、この導入口に近接して加
熱体を配置し、この導入口と加熱体との間に電圧を印加
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のダイ
ヤモンドの製造方法。
(2) A reaction gas containing an organic compound is introduced into the reaction vessel through at least one inlet, a heating element is placed close to this inlet, and a voltage is applied between the inlet and the heating element. A method for producing diamond according to claim 1, characterized in that:
(3)反応容器内に少なくとも1個の導入口から有機化
合物及び水素を含む反応ガスを導入し、この導入口に近
接して加熱体を配置し、この導入口と加熱体との間に電
圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のダイヤモンドの製造方法。
(3) A reaction gas containing an organic compound and hydrogen is introduced into the reaction vessel through at least one inlet, a heating element is placed close to this inlet, and a voltage is applied between the inlet and the heating element. 2. A method for manufacturing diamond according to claim 1, characterized in that:
(4)反応容器内に少なくとも2個の導入口からそれぞ
れ有機化合物を含む反応ガスと水素を含む反応ガスとを
導入し、少なくともいずれか一方の導入口に近接して加
熱体を配置し、対応する導入口と加熱体との間に電圧を
印加することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
ダイヤモンドの製造方法。
(4) A reaction gas containing an organic compound and a reaction gas containing hydrogen are introduced into the reaction vessel through at least two inlets, respectively, and a heating element is placed close to at least one of the inlets. 2. The method for manufacturing diamond according to claim 1, wherein a voltage is applied between the inlet and the heating body.
(5)導入口が正電位、加熱体が負電位となるように電
圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
至第4項いずれか記載のダイヤモンドの製造方法。
(5) A method for manufacturing diamond according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a voltage is applied so that the inlet has a positive potential and the heating body has a negative potential.
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