JPS6261109B2 - - Google Patents
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- JPS6261109B2 JPS6261109B2 JP58227677A JP22767783A JPS6261109B2 JP S6261109 B2 JPS6261109 B2 JP S6261109B2 JP 58227677 A JP58227677 A JP 58227677A JP 22767783 A JP22767783 A JP 22767783A JP S6261109 B2 JPS6261109 B2 JP S6261109B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/278—Diamond only doping or introduction of a secondary phase in the diamond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/271—Diamond only using hot filaments
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
ダイヤモンドを超高圧を用いずに合成する方法
の開発が盛んに行われ、その１つの方法として低
圧CVD法が発明された。この方法は300℃〜1100
℃に加熱した基体上に圧力0.1〜100TorrのH2―
CxHy混合ガスを活性化状態で導入することによ
つて基体上にダイヤモンド構造を有する炭素基薄
膜を成長させるものである。また、同一方法で10
μｍ以下のダイヤモンド粒子を合成することも可
能となつている。 上記の方法を工業化するには、しかし多くの困
難な問題を解決しなければならないが、そのもつ
とも重要な問題は、ダイヤモンド構造の粒子が基
体上に核形成する条件がきわめて不安定であり、
再現性にとぼしいことにある。すなわち、核形成
は基体の物質、基体の表面粗度、基体表面が清浄
か否かなどによつて極めて敏感であり、同一のガ
ス組成、圧力、温度、活性化手段を用いても再現
性がむつかしいのが現状である。 本発明は従来方法の困難さを解決すべく種々研
究する中において発明したものであつて、基体の
表面状態の影響をそれほど受けることなく容易に
ダイヤモンド粒子あるいは膜の合成を行えるよう
にしたものである。これによつて、ダイヤモンド
の持つ耐摩耗性を生かした種々の工具や部品を製
造することを可能にすることができた。 本発明においては従来のH2―CxHy混合ガスの
中に少量のAlCl3を混入させるものである。混合
ガス中のAlCl3量は、炭素原子数に対するAl原子
数として計算し、0.001〜0.1の範囲が適してい
る。この範囲に混合したH2―CxHy―AlCl3ガス
を活性化状態で基体上に導入するとAlCl3を混合
しない場合に比べて、極めて短時間にダイヤモン
ド粒子の核が基体上に均一に形成され、核が生長
しはじめる。この核形成の段階の薄膜を螢光Ｘ線
分析で検出した所、基体のままでは検出されなか
つたAl元素が検出された。このことからAlが核
形成の生成機構にかかわつたことが推量できる。 本発明において、混合ガス中のAlの量が炭素
量に対して0.001〜0.1にある理由は、0.001以下だ
とその効果がはつきりせず、0.1以上になるとか
えつてダイヤモンド構造物質の形成を阻害するか
らである。 また、基体の加熱温度は300℃〜1100℃が良
く、300℃以下ではダイヤモンド構造物質が生成
せず、また、1100℃以上でもダイヤモンド構造物
質の生成ができない。 圧力は0.1〜100Torrがよく、温度条件と同じ
く、この範囲の下限および上限をはずれるとダイ
ヤモンド構造物質が形成されない。 混合ガスの活性化手段は種々ある。従来知られ
ていた熱電子放射法、高周波プラズマ法、マイク
ロウエーブ法はいずれも本発明において用いられ
る。また、本発明者等は新たにアーク法を発明
し、この方法においても極めてすぐれたダイヤモ
ンド膜を形成できることがわかつた。 本発明によるとAlCl3の添加効果によりダイヤ
モンド核の形成を促進し、均一膜の合成ならびに
蒸着速度を向上するが、膜の中にAlを含有す
る。不純物含有の少ない均一膜を生成することが
必要な場合、H2―CxHy―AlCl3混合ガスを反応
の初期段階で用い、均一に核発生したのち、
AlCl3を止めてH2―CxHyガスのみでダイヤモン
ド膜を生長させてゆくことによつて得ることがで
きる。 実施例 １ 垂直の石英チユーブの中にタングステンコイル
をおき、表面温度が1800℃以上になるように通電
加熱した。コイルからおよそ50mmはなした下部に
各種の金属あるいは合金片を基体としておいた。
石英チユーブの外側からニクロム線ヒーターによ
つて加熱し、基体温度を700℃とした。ガス組成
がH2；95％、CH4；4.9％、AlCl3；0.1％の混合
ガスを上部より石英チユーブに流入させ、真空ポ
ンプで減圧にし5Torrとした。タングステンコイ
ル部分を通過させることによつて熱電子放射によ
るガスの活性化を行い基体上に導いた。ガス流入
時間を10分間とし、ダイヤモンド構造物質の核形
成の容易さを観察した。 比較のため、ガス組成がH2；95％、CH45％で
ある以外はまつたく同一条件で同一基体の上に蒸
着させた。各種基体を用いた結果を表―１に示
す。
の開発が盛んに行われ、その１つの方法として低
圧CVD法が発明された。この方法は300℃〜1100
℃に加熱した基体上に圧力0.1〜100TorrのH2―
CxHy混合ガスを活性化状態で導入することによ
つて基体上にダイヤモンド構造を有する炭素基薄
膜を成長させるものである。また、同一方法で10
μｍ以下のダイヤモンド粒子を合成することも可
能となつている。 上記の方法を工業化するには、しかし多くの困
難な問題を解決しなければならないが、そのもつ
とも重要な問題は、ダイヤモンド構造の粒子が基
体上に核形成する条件がきわめて不安定であり、
再現性にとぼしいことにある。すなわち、核形成
は基体の物質、基体の表面粗度、基体表面が清浄
か否かなどによつて極めて敏感であり、同一のガ
ス組成、圧力、温度、活性化手段を用いても再現
性がむつかしいのが現状である。 本発明は従来方法の困難さを解決すべく種々研
究する中において発明したものであつて、基体の
表面状態の影響をそれほど受けることなく容易に
ダイヤモンド粒子あるいは膜の合成を行えるよう
にしたものである。これによつて、ダイヤモンド
の持つ耐摩耗性を生かした種々の工具や部品を製
造することを可能にすることができた。 本発明においては従来のH2―CxHy混合ガスの
中に少量のAlCl3を混入させるものである。混合
ガス中のAlCl3量は、炭素原子数に対するAl原子
数として計算し、0.001〜0.1の範囲が適してい
る。この範囲に混合したH2―CxHy―AlCl3ガス
を活性化状態で基体上に導入するとAlCl3を混合
しない場合に比べて、極めて短時間にダイヤモン
ド粒子の核が基体上に均一に形成され、核が生長
しはじめる。この核形成の段階の薄膜を螢光Ｘ線
分析で検出した所、基体のままでは検出されなか
つたAl元素が検出された。このことからAlが核
形成の生成機構にかかわつたことが推量できる。 本発明において、混合ガス中のAlの量が炭素
量に対して0.001〜0.1にある理由は、0.001以下だ
とその効果がはつきりせず、0.1以上になるとか
えつてダイヤモンド構造物質の形成を阻害するか
らである。 また、基体の加熱温度は300℃〜1100℃が良
く、300℃以下ではダイヤモンド構造物質が生成
せず、また、1100℃以上でもダイヤモンド構造物
質の生成ができない。 圧力は0.1〜100Torrがよく、温度条件と同じ
く、この範囲の下限および上限をはずれるとダイ
ヤモンド構造物質が形成されない。 混合ガスの活性化手段は種々ある。従来知られ
ていた熱電子放射法、高周波プラズマ法、マイク
ロウエーブ法はいずれも本発明において用いられ
る。また、本発明者等は新たにアーク法を発明
し、この方法においても極めてすぐれたダイヤモ
ンド膜を形成できることがわかつた。 本発明によるとAlCl3の添加効果によりダイヤ
モンド核の形成を促進し、均一膜の合成ならびに
蒸着速度を向上するが、膜の中にAlを含有す
る。不純物含有の少ない均一膜を生成することが
必要な場合、H2―CxHy―AlCl3混合ガスを反応
の初期段階で用い、均一に核発生したのち、
AlCl3を止めてH2―CxHyガスのみでダイヤモン
ド膜を生長させてゆくことによつて得ることがで
きる。 実施例 １ 垂直の石英チユーブの中にタングステンコイル
をおき、表面温度が1800℃以上になるように通電
加熱した。コイルからおよそ50mmはなした下部に
各種の金属あるいは合金片を基体としておいた。
石英チユーブの外側からニクロム線ヒーターによ
つて加熱し、基体温度を700℃とした。ガス組成
がH2；95％、CH4；4.9％、AlCl3；0.1％の混合
ガスを上部より石英チユーブに流入させ、真空ポ
ンプで減圧にし5Torrとした。タングステンコイ
ル部分を通過させることによつて熱電子放射によ
るガスの活性化を行い基体上に導いた。ガス流入
時間を10分間とし、ダイヤモンド構造物質の核形
成の容易さを観察した。 比較のため、ガス組成がH2；95％、CH45％で
ある以外はまつたく同一条件で同一基体の上に蒸
着させた。各種基体を用いた結果を表―１に示
す。
【表】
実施例 ２
垂直の石英チユーブの中に各種の金属あるいは
合金片を置き、石英チユーブの外側からニクロム
線ヒーターにより基体温度を730℃に加熱し、一
方ヒーターの上部に高周波コイルをおき、約14M
Hz（メガヘルツ）の高周波を与える。ガス組成が
H2；93％、CH4；6.8％、AlCl3；0.2％の混合ガ
スを上部より流入させ真空ポンプで減圧にし、
0.8Torrとした。 高周波でプラズマ化した空間を通つて、ガスは
活性化させ、基体上に導入される。ガス流入時間
を10時間かけてダイヤモンド膜の生成状況を調べ
た。結果をAlCl3を混合しない時と比較して表―
２に示す。
合金片を置き、石英チユーブの外側からニクロム
線ヒーターにより基体温度を730℃に加熱し、一
方ヒーターの上部に高周波コイルをおき、約14M
Hz（メガヘルツ）の高周波を与える。ガス組成が
H2；93％、CH4；6.8％、AlCl3；0.2％の混合ガ
スを上部より流入させ真空ポンプで減圧にし、
0.8Torrとした。 高周波でプラズマ化した空間を通つて、ガスは
活性化させ、基体上に導入される。ガス流入時間
を10時間かけてダイヤモンド膜の生成状況を調べ
た。結果をAlCl3を混合しない時と比較して表―
２に示す。
【表】
【表】
実施例 ３
導波管でマイクロ波；約2500MHz（メガヘル
ツ）を導入する部分を持ち、その導入部の底に位
置する部分に基体を置く構造を有するマイクロ波
励起型低圧ダイヤモンド合成装置を用いて、基体
には単結晶シリコンを用い、680℃に加熱し、本
発明の組成範囲の混合ガスと比較としてAlCl3を
含有しない公知の反応ガス条件と本発明範囲外の
条件でダイヤモンドの合成反応を30分間行つた。
表―３に条件と結果を示す。
ツ）を導入する部分を持ち、その導入部の底に位
置する部分に基体を置く構造を有するマイクロ波
励起型低圧ダイヤモンド合成装置を用いて、基体
には単結晶シリコンを用い、680℃に加熱し、本
発明の組成範囲の混合ガスと比較としてAlCl3を
含有しない公知の反応ガス条件と本発明範囲外の
条件でダイヤモンドの合成反応を30分間行つた。
表―３に条件と結果を示す。
【表】
実施例 ４
垂直の石英チユーブの中にＷ板基体を置き、そ
の上部にタングステン電極対をおき、この電極間
に2KVの高電圧を交流でかけ、電極間にアーク放
電を行わせる。石英チユーブの外側より加熱して
基体を750℃とした。反応ガスはH2；96％、
CH4；3.9％、AlCl3；0.1％を用い、石英チユーブ
の上部より流入させ、真空ポンプで減圧にし
4Torrとした。 反応時間を10分間とし、比較にAlCl3を含まな
いガス、すなわちH2；96％、CH4；４％の反応ガ
スを用いて、両者の間でダイヤモンド構造物質が
生成する時の容易さを比べた。その結果、AlCl3
を用いる本発明の場合、電子線回折でダイヤモン
ド構造の物質を確認できたが、H2―CH4のみの場
合、ダイヤモンド構造の物質の確認ができなかつ
た。
の上部にタングステン電極対をおき、この電極間
に2KVの高電圧を交流でかけ、電極間にアーク放
電を行わせる。石英チユーブの外側より加熱して
基体を750℃とした。反応ガスはH2；96％、
CH4；3.9％、AlCl3；0.1％を用い、石英チユーブ
の上部より流入させ、真空ポンプで減圧にし
4Torrとした。 反応時間を10分間とし、比較にAlCl3を含まな
いガス、すなわちH2；96％、CH4；４％の反応ガ
スを用いて、両者の間でダイヤモンド構造物質が
生成する時の容易さを比べた。その結果、AlCl3
を用いる本発明の場合、電子線回折でダイヤモン
ド構造の物質を確認できたが、H2―CH4のみの場
合、ダイヤモンド構造の物質の確認ができなかつ
た。
Claims (1)
- １ 300℃〜1100℃に加熱した基体上に圧力0.1〜
100Torrの炭素量に対するAl量が原子比で0.001
〜0.1のH2―CxHy―AlCl3混合ガスを活性化状態
で導入し、Alを少量含有したダイヤモンド構造
を有する炭素基薄膜を被覆する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58227677A JPS60121271A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 超硬質被覆層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58227677A JPS60121271A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 超硬質被覆層の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60121271A JPS60121271A (ja) | 1985-06-28 |
| JPS6261109B2 true JPS6261109B2 (ja) | 1987-12-19 |
Family
ID=16864596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58227677A Granted JPS60121271A (ja) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | 超硬質被覆層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60121271A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU634601B2 (en) * | 1989-12-11 | 1993-02-25 | General Electric Company | Single-crystal diamond of very high thermal conductivity |
| CA2030049A1 (en) * | 1989-12-11 | 1991-06-12 | Thomas R. Anthony | Single-crystal diamond of very high thermal conductivity |
| JPH0819530B2 (ja) * | 1990-08-31 | 1996-02-28 | エナージー・コンバーシヨン・デバイセス・インコーポレーテツド | 高速で薄膜を形成する方法および薄膜形成装置 |
| BR9407924A (pt) * | 1993-10-29 | 1996-11-26 | Balzers Hochvakuum | Corpo revestido processo para sua fabricaçao assim como emprego do mesmo |
-
1983
- 1983-12-01 JP JP58227677A patent/JPS60121271A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60121271A (ja) | 1985-06-28 |
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