JPS63117995A - Device for synthesizing diamond in vapor phase - Google Patents

Device for synthesizing diamond in vapor phase

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JPS63117995A
JPS63117995A JP61264720A JP26472086A JPS63117995A JP S63117995 A JPS63117995 A JP S63117995A JP 61264720 A JP61264720 A JP 61264720A JP 26472086 A JP26472086 A JP 26472086A JP S63117995 A JPS63117995 A JP S63117995A
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diamond
carbon
vapor phase
substrate
phase synthesis
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宏司 小橋
Kozo Nishimura
耕造 西村
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Abstract

PURPOSE:To efficiently obtain a diamond at a relatively low cost by synthesizing the diamond from a solid carbonaceous material and CO2 in a hydrogen plasma atmosphere in a vapor phase. CONSTITUTION:A substrate 7 is arranged on a holder 9 in a plasma producing region 14 in a reaction tube 6 made of quartz, and a solid carbon plate 25 is arranged in the vicinity of the substrate 7 as the carbon material. A gaseous mixture of H2 and CO2 is introduced from an inlet 11, a microwave is introduced from a waveguide 5, the inside of the reaction tube 6 is filled with the hydrogen plasma atmosphere, a carbon-hydrogen plasma reaction is carried out to keep the atmosphere at high temp., hence gaseous hydrocarbons, hydrocarbon ions, hydrocarbon plasma, etc., are generated, an atomic oxygen and atomic hydrogen are also generated, and the diamond is deposited on the substrate 7.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はダイヤモンドの気相合成法に関し、詳細には比
較的安価に且つ効率良くダイヤモンドを合成し得る様な
気相合成法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for vapor phase synthesis of diamond, and more particularly, to a vapor phase synthesis method that can synthesize diamond relatively inexpensively and efficiently. .

[従来の技術] ダイヤモンドは、高硬度であることを利用して古くは切
削工具用途を中心に広く使用されてぎた。一方近年では
、熱伝導度が大きいこと、不純物ドーピングにより半導
体として利用可能性があること等に着目され、前者の特
性を利用するものとしてIC(集積回路)基板のヒート
シンク(冷却用放熱器)への適用が検討され、また後者
の特性を利用するものとして半導体素子等の電子技術分
野にも応用されるに至り、ダイヤモンドを形成する為の
技術が急速に開発されつつある。
[Prior Art] Diamond has been widely used in the past, mainly for cutting tools, due to its high hardness. On the other hand, in recent years, attention has been paid to its high thermal conductivity and its potential to be used as a semiconductor by doping with impurities. The application of diamond has been studied, and the latter property has also been applied to the field of electronic technology such as semiconductor devices, and techniques for forming diamond are being rapidly developed.

ダイヤモンドの合成法としては、黒鉛を炭素原料とし、
Ni、Cr、Mn等を触媒として4〜7万気圧、 10
00〜2000℃の高温・高圧で行なう高圧法が知られ
ているが、その他気体状炭化水素を炭素原料として低圧
条件下で行なう気相合成法も開発されている。気相合成
法によるダイヤモンドの合成は、高圧法と比べてダイヤ
モンドの結晶が小さくなるという欠点が従来より指摘さ
れてきたが、上述した様な電子技術分野への応用が進め
られると、却って薄膜の形成が容易であるという利点が
着目され、有用な技術であると位置付けられている。
The synthesis method for diamond uses graphite as a carbon raw material,
40,000 to 70,000 atmospheres using Ni, Cr, Mn, etc. as a catalyst, 10
A high-pressure method is known in which synthesis is carried out at high temperatures and pressures of 00 to 2000°C, but gas phase synthesis methods have also been developed in which gaseous hydrocarbons are used as carbon raw materials and carried out under low-pressure conditions. It has been pointed out that the disadvantage of diamond synthesis using the vapor phase synthesis method is that the diamond crystals are smaller compared to the high-pressure method. The advantage that it is easy to form has attracted attention, and it is positioned as a useful technology.

第2図はダイヤモンド気相合成装置の一例を示す概略説
明図である。当該装置はマイクロ波を応用した技術であ
り、その概略は下記の如くである。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a diamond vapor phase synthesis apparatus. The device is a technology that applies microwaves, and its outline is as follows.

第2図において、マグネトロン発振機1から発振された
マイクロ波(2,45G Hz )は、アイソレータ2
、パワーモニタ3、チューナ4及び導波管5をこの記載
順序で導かれ、前記導波管5を貫通して設けられる石英
製の反応管6内に設置された基板7に照射される。前記
基板7としてはTa、Co、W、Mo等の金属材料が用
いられる場合もあるが、一般的にはSiウェハが用いら
れ、該基板7は石英製の支持台9によって所定位置に配
置されている。そして反応管6内には反応管人口11側
から、H2ガスとCH4ガスを所定割合に混合(例えば
CH41%−8299%)した混合ガスが約1003 
CCM (Standard CubicCentim
eters per Minute)の流量で導入され
る。
In Fig. 2, the microwave (2.45 GHz) oscillated from the magnetron oscillator 1 is transmitted to the isolator 2.
, power monitor 3, tuner 4, and waveguide 5 in the stated order, and irradiates a substrate 7 installed in a quartz reaction tube 6 provided through the waveguide 5. Although a metal material such as Ta, Co, W, or Mo may be used as the substrate 7, generally a Si wafer is used, and the substrate 7 is placed at a predetermined position by a support base 9 made of quartz. ing. In the reaction tube 6, from the reaction tube population 11 side, about 1003
CCM (Standard Cubic Centim)
per minute).

導入された混合ガスは排気口13側から所定量吸引排気
され、反応管6内は予め定めた圧力(例えは40〜50
 Torr)とされる。
A predetermined amount of the introduced mixed gas is sucked and exhausted from the exhaust port 13 side, and the inside of the reaction tube 6 is maintained at a predetermined pressure (for example, 40 to 50
Torr).

この様にして混合ガスが供給された反応管6内にマイク
ロ波の様な振動電波(約300W)が導入されると、高
エネルギー電子によって混合ガス成分分子が原子・イオ
ン・ラジカルに分解され、反応管6内には定常的なプラ
ズマが発生する。前記基板7はプラズマ発生領域14に
配置されており、当該基板7上には混合ガス中の炭素を
原料としてダイヤモンド結晶が析出する。そして基板7
0種類や処理条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異な
った形態のダイヤモンドが得られる。
When oscillating radio waves (approximately 300 W) such as microwaves are introduced into the reaction tube 6 into which the mixed gas is supplied in this way, the mixed gas component molecules are decomposed into atoms, ions, and radicals by high-energy electrons. A steady plasma is generated within the reaction tube 6. The substrate 7 is placed in the plasma generation region 14, and diamond crystals are deposited on the substrate 7 using carbon in the mixed gas as a raw material. and board 7
Diamonds can be obtained in different forms, such as microcrystals or thin films, depending on the type and processing conditions.

第2図に示したダイヤモンド気相合成装置において、例
えば基板7としてSiウェハを用いた場合には、上述し
た処理条件で基板温度が約850℃となり、基板7上に
約0,3μm/時間の成長速度で結晶性ダイヤモンドが
析出する。尚第2図中の参照符号15はプランジャーで
あり、基板7が正確にプラズマ発生領域14の中央に位
置する様にマイクロ波の反射を調整する為のものである
In the diamond vapor phase synthesis apparatus shown in FIG. 2, if a Si wafer is used as the substrate 7, the substrate temperature will be approximately 850°C under the above-mentioned processing conditions, and a Crystalline diamond precipitates at a growth rate. Reference numeral 15 in FIG. 2 is a plunger, which is used to adjust the reflection of the microwave so that the substrate 7 is accurately located at the center of the plasma generation region 14.

又参照符号20で示されている部材はアプリケーターで
あり、冷却水を供給管21から供給しつつ排出管22か
ら排出して反応管6が過度に加熱されるのを防ぐ機能を
果たす。
A member designated by reference numeral 20 is an applicator, which functions to prevent the reaction tube 6 from being excessively heated by supplying cooling water from the supply pipe 21 and discharging it from the discharge pipe 22.

一方上述した様に炭素原料としてのCH4ガスはH2ガ
スによって希釈されているが、とのH2ガスはダイヤモ
ンドと同時に発生する非ダイヤモンド性物質を除去する
作用を発揮するものとして利用されている。即ち%H2
ガスがプラズマ中で分解して生じる原子状水素はダイヤ
モンドよりもグラファイト、非晶質カーボン、a−C:
H等の非ダイヤモンド性物質と結合し易(、気相合成の
際にダイヤモンドと同時に発生するこれらの非ダイヤモ
ンド性物質は前記原子状水素によってエツチング除去さ
れるのである。
On the other hand, as mentioned above, CH4 gas as a carbon raw material is diluted with H2 gas, and H2 gas is used to remove non-diamond substances that are generated simultaneously with diamond. That is, %H2
Atomic hydrogen, which is produced when gas decomposes in plasma, is more effective than diamond in graphite, amorphous carbon, a-C:
It is easy to combine with non-diamond materials such as H (these non-diamond materials, which are generated simultaneously with diamond during vapor phase synthesis, are etched away by the atomic hydrogen.

[発明が解決しようとする問題点] 第2図に示した気相合成装置における炭素原料としては
、上述したメタン(CH4)の他、アセチレン、エチレ
ン、エタン、ベンゼン等の様な気体状炭化水素が一般的
に用いられていた。これは、上記の様な炭化水素を用い
た場合に反応室内で進行するプラズマ反応による副生成
物が、水素、炭素、炭化水素等に限定され、且つこれら
は強い毒性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であると
いう消極的理由からである。
[Problems to be Solved by the Invention] In addition to the above-mentioned methane (CH4), gaseous hydrocarbons such as acetylene, ethylene, ethane, and benzene can be used as carbon raw materials in the gas phase synthesis apparatus shown in FIG. was commonly used. This is because when the above hydrocarbons are used, the byproducts of the plasma reaction that progresses in the reaction chamber are limited to hydrogen, carbon, hydrocarbons, etc., and these are not highly toxic or corrosive and can be disposed of. This is because of the negative reason that gas treatment is easy.

しかしながら、上述した様な気体状炭化水素は高価とは
言えない迄も、大量に頻繁に消費できる程安価なものと
は言えなかった。またこられの炭化水素を炭素原料とし
てダイヤモンドの気相合成に用いた場合には、ダイヤモ
ンドへの転換率が約0.01%程度と低いので、大量に
使用することを余儀なくされ、従って原料コストが無視
できないものとなってくる。
However, although the gaseous hydrocarbons mentioned above are not expensive, they cannot be said to be cheap enough to be consumed frequently in large quantities. Furthermore, when these hydrocarbons are used as carbon raw materials in the gas phase synthesis of diamond, the conversion rate to diamond is as low as about 0.01%, so large quantities have to be used, resulting in lower raw material costs. becomes something that cannot be ignored.

本発明はこの様な状況のもとでなされたものであって、
その目的とするところは比較的安価に且つ効率良くダイ
ヤモンドを合成できる様な気相合成法を提供することに
ある。
The present invention was made under these circumstances, and
The purpose is to provide a gas phase synthesis method that can synthesize diamond relatively inexpensively and efficiently.

[問題点を解決する為の手段] 上記目的を達成し得た本発明とは、ダイヤモンドの気相
合成に当たり、炭素原料として固体炭素材料及び二酸化
炭素を用い、水素プラズマ雰囲気中で気相合成を行なう
点に要旨を有するダイヤモンドの気相合成法である。
[Means for Solving the Problems] The present invention, which has achieved the above object, uses a solid carbon material and carbon dioxide as carbon raw materials in the vapor phase synthesis of diamond, and performs the vapor phase synthesis in a hydrogen plasma atmosphere. This is a diamond vapor phase synthesis method that has a key point in the way it is carried out.

[作用コ 本発明は上述の如く構成されるが、要は炭素原料として
CH4ガスその他の気体状炭化水素を用いる代りに、固
体炭素及び二酸化炭素を用いる点に最大の特徴を有する
ものである。
[Operations] The present invention is constructed as described above, but its main feature is that solid carbon and carbon dioxide are used instead of CH4 gas and other gaseous hydrocarbons as carbon raw materials.

本発明が完成された経過を順を追って説明する。The process by which the present invention was completed will be explained step by step.

まず本発明者らは、前記気体状炭化水素に代り得る炭素
原料を種々検討し、グラファイトや粉末炭素等の固体炭
素が比較的容易に人手でき且つ安価であることに着目し
た。尚上記の趣旨から明らかであるが、本発明における
固体炭素とは粉末状の炭素原料をも含んだ意味である。
First, the present inventors investigated various carbon raw materials that can be substituted for the gaseous hydrocarbons, and noticed that solid carbon such as graphite and powdered carbon is relatively easily produced by hand and is inexpensive. Note that, as is clear from the above purpose, the term "solid carbon" in the present invention includes powdered carbon raw materials.

次に上記固体炭素がダイヤモンドの気相合成に利用でき
れば、有用な炭素原料になるとの着想のもとて更に鋭意
研究を試みた。その結果、固体炭素を炭素原料として用
いた場合であっても、一定の条件下でダイヤモンドが効
率良く合成されることを見出し、本発明を完成するに至
ったものである。
Next, we conducted further intensive research based on the idea that if the solid carbon described above could be used for the gas phase synthesis of diamond, it would become a useful carbon raw material. As a result, they discovered that diamond can be efficiently synthesized under certain conditions even when solid carbon is used as a carbon raw material, leading to the completion of the present invention.

固体炭素をダイヤモンド気相合成の為の炭素原料として
使用した場合には、該固体炭素は気相合成の際に−Hガ
ス化した後に基板上に輸送される必要があるので、効率
の悪い炭素原料であるのではないかといった懸念があっ
た。この様な先入観の存在が、従来固体炭素をダイヤモ
ンド気相合成の炭素原料として利用しなかった理由であ
ると考えることができる。
When solid carbon is used as a carbon raw material for diamond vapor phase synthesis, the solid carbon needs to be transported onto the substrate after being converted into -H gas during vapor phase synthesis, which is an inefficient carbon material. There were concerns that it might be a raw material. The existence of such preconceptions can be considered to be the reason why solid carbon has not been used as a carbon raw material for diamond vapor phase synthesis.

しかしながら本発明者らが実験で確認したところによる
と、炭素原料として固体炭素を用いた場合であってもC
O2ガスを導入しつつ気相合成を行なえば、効率良くダ
イヤモンドの合成が実現できたのである。これは、Co
2は固体炭素との反応性が強く、プラズマ雰囲気中にC
o2が存在すると固体炭素は容易に気化される為である
と考えることができる。
However, the inventors have confirmed through experiments that even when solid carbon is used as the carbon source, C
By performing gas phase synthesis while introducing O2 gas, diamond could be synthesized efficiently. This is Co
2 has strong reactivity with solid carbon, and C
This can be considered to be because solid carbon is easily vaporized when o2 is present.

一方CO2ガスが気相合成装置に導入されるとCO2分
子の分解によって酸素原子(又はイオン)及び炭素が生
じるのであるが、生じた原子状酸素は前記原子状水素よ
りも非ダイヤモンド性物質に対する除去作用が大きいと
いう効果も得られる。即ち、前述した様に原子状水素は
ダイヤモンド気相合成の際に発生する非ダイヤモンド性
物質を除去する作用を有するのであるが、C02の分解
によって生じる原子状酸素は非ダイヤモンド性物質を除
去する作用が前記原子状水素よりも更に強く、結果的に
プラズマ雰囲気中のC濃度を更に高めることができ、ダ
イヤモンドの気相合成の効率を高めることができるので
ある。又、Co2ガスの分解によって生じるCはダイヤ
モンドの成長に寄与することになるので、CO2は反応
ガスであると共に炭素原料としても捉えることができる
。更に好ましいことには、上述した様な多大の効果を有
するC02は比較的安価で容易に人手できる。この様に
して固体炭素とCo2をプラズマ雰囲気中に共存させて
反応を進行させることによって、比較的安価に且つ効率
良くダイヤモンドの気相合成が達成される。
On the other hand, when CO2 gas is introduced into a gas phase synthesis apparatus, oxygen atoms (or ions) and carbon are generated by the decomposition of CO2 molecules, but the generated atomic oxygen is more likely to be removed from non-diamond materials than the atomic hydrogen. The effect of having a large action can also be obtained. That is, as mentioned above, atomic hydrogen has the effect of removing non-diamond substances generated during diamond vapor phase synthesis, but atomic oxygen produced by the decomposition of CO2 has the effect of removing non-diamond substances. is even stronger than the above-mentioned atomic hydrogen, and as a result, the C concentration in the plasma atmosphere can be further increased, and the efficiency of vapor phase synthesis of diamond can be increased. Further, since C produced by the decomposition of Co2 gas contributes to the growth of diamond, CO2 can be regarded as both a reactive gas and a carbon raw material. More preferably, C02, which has the above-mentioned great effects, is relatively inexpensive and can be easily produced by hand. In this way, by allowing solid carbon and Co2 to coexist in the plasma atmosphere and allowing the reaction to proceed, diamond gas phase synthesis can be achieved relatively inexpensively and efficiently.

尚本発明で用いる固体炭素として例えば炭素板を用いた
場合には、気相合成をより良好に進行させる為に、前記
炭素板を多孔質として表面積を増大するといったことも
好ましい手段として挙げることができる。
In addition, when a carbon plate is used as the solid carbon used in the present invention, it is also a preferable means to make the carbon plate porous to increase its surface area in order to advance gas phase synthesis more favorably. can.

又本発明においては、従来必要とされてきたH2ガスも
気相合成装置に所定量導入する必要がある。これは基板
温度やガス圧といった気相合成条件に応じて、非ダイヤ
モンド性物質の除去速度を制御する為である。従って本
発明を実施するに当たっては、固体炭素を配置した気相
合成装置内に、所定量に混合したCo2+H2の混合ガ
スを導入する様な構成を採用すればよい。この場合にお
ける混合ガスの最適な混合割合(Co2+H2)は、前
記気相合成条件によって変化し何ら制限するものではな
いが、0.01〜20程度が好ましい。
Furthermore, in the present invention, it is also necessary to introduce a predetermined amount of H2 gas, which has been required in the past, into the vapor phase synthesis apparatus. This is to control the removal rate of the non-diamond material according to vapor phase synthesis conditions such as substrate temperature and gas pressure. Therefore, in carrying out the present invention, a configuration may be adopted in which a predetermined amount of a mixed gas of Co2+H2 is introduced into a gas phase synthesis apparatus in which solid carbon is placed. The optimal mixing ratio (Co2+H2) of the mixed gas in this case varies depending on the vapor phase synthesis conditions and is not limited in any way, but is preferably about 0.01 to 20.

[実施例] 第1図は本発明方法を実施する為に構成される気相合成
装置例の要部を示す概略説明図である。
[Example] FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the main parts of an example of a vapor phase synthesis apparatus configured to carry out the method of the present invention.

第1図に示した装置における構成は基本的には第2図に
示した装置の構成と同様であり、対応する部分には同一
の参照符号を付すことにより重複説明を回避する。尚前
記第2図に示したマグネトロン発振機1.アイソレータ
2.パワーモニタ3、チューナ4は説明の便宜上第1図
では省略したが、これらの部材は本発明方法を実施する
際にも必要であるのは言う迄もない。
The configuration of the device shown in FIG. 1 is basically the same as the configuration of the device shown in FIG. 2, and corresponding parts are given the same reference numerals to avoid redundant explanation. The magnetron oscillator 1 shown in FIG. Isolator 2. Although the power monitor 3 and tuner 4 are omitted in FIG. 1 for convenience of explanation, it goes without saying that these members are necessary when carrying out the method of the present invention.

第1図において石英製の反応管6内のプラズマ発生領域
14内には支持台9上に基板7が配置されると共に、該
基板7の近傍(第1図では上方)には炭素原料としての
炭素板25が同じく前記支持台9によって配置される。
In FIG. 1, a substrate 7 is placed on a support 9 in a plasma generation region 14 in a reaction tube 6 made of quartz, and a carbon source is placed near the substrate 7 (above in FIG. 1). A carbon plate 25 is likewise arranged by the support base 9.

第1図に示した装置において、入口11側から反応管6
内にCo2+H2の混合ガスを導入すると共に、導波管
5からマイクロ波を導入する。そうすると反応管6内は
水素プラズマ雰囲気となり炭素−水素プラズマ反応が進
行して高温に保たれる。その結果、炭化水素ガス、炭化
水素イオン、炭化水素ラジカル等が発生すると共に、前
記混合ガスの分解により原子状酸素及び原子状水素が発
生し、これらが基板7上に移送されることにより、基板
7上にダイヤモンド粒子やダイヤモンド薄膜が析出する
In the apparatus shown in FIG. 1, the reaction tube 6 is
A mixed gas of Co2+H2 is introduced into the chamber, and microwaves are also introduced from the waveguide 5. Then, the inside of the reaction tube 6 becomes a hydrogen plasma atmosphere, and a carbon-hydrogen plasma reaction progresses to maintain a high temperature. As a result, hydrocarbon gas, hydrocarbon ions, hydrocarbon radicals, etc. are generated, and atomic oxygen and atomic hydrogen are generated by decomposition of the mixed gas, and these are transferred onto the substrate 7. Diamond particles and a diamond thin film are deposited on 7.

第3図は本発明方法を実施する為に構成される気相合成
装置の他の例を示す概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing another example of a vapor phase synthesis apparatus configured to carry out the method of the present invention.

この装置では、図示する様に反応管6が水平に配置され
ると共に、該反応管6内には支持台9が設置され、この
支持台9上に炭素粉末26が載置され、更に炭素粉末よ
りも反応管6の下流側(第3図における右側)には基板
7が設置される。この様な装置においても、前記第1図
と同様の原理で基板7上にイヤモンド粒子やダイヤモン
ド薄膜を析出することができる。
In this device, as shown in the figure, a reaction tube 6 is arranged horizontally, a support stand 9 is installed inside the reaction tube 6, carbon powder 26 is placed on this support stand 9, and carbon powder 26 is placed on the support stand 9. A substrate 7 is installed on the downstream side of the reaction tube 6 (on the right side in FIG. 3). Even in such an apparatus, diamond particles or a diamond thin film can be deposited on the substrate 7 using the same principle as shown in FIG. 1.

本発明者らは、前記第3図の気相合成装置を用いて実験
を行なった。即ちマイクロ波の出力を700Wとし、基
板7を導波管6の中央部よりも少しずらせて置き基板7
の温度が800℃となる様にし、反応管6の人口11側
からCO2+H2の混合ガスを11005CCの流量で
供給した。
The present inventors conducted an experiment using the vapor phase synthesis apparatus shown in FIG. 3 above. That is, the output of the microwave is set to 700 W, and the substrate 7 is placed slightly offset from the center of the waveguide 6.
A mixed gas of CO2+H2 was supplied from the population 11 side of the reaction tube 6 at a flow rate of 11005 cc.

尚反応管6内の圧力は、C02+H2の混合ガスを排気
口13側から所定量排気することによって70 Tor
rに調整した。そして反応を7時間進行させたところ、
基板7上に直径2μmのダイヤモンド微粒子が析出した
The pressure inside the reaction tube 6 is set to 70 Torr by exhausting a predetermined amount of the mixed gas of C02+H2 from the exhaust port 13 side.
Adjusted to r. When the reaction was allowed to proceed for 7 hours,
Diamond fine particles with a diameter of 2 μm were deposited on the substrate 7.

本発明方法を実施する為の気相合成装置は前記第1図及
び第3図に示した構成に限られず、その他各種の構成を
採用することもできる。例えば下記第4〜8図はその一
例であり以下これらの図面を参照しつつ説明するが、基
本的な原理は第1゜3図の場合と同様であるので構成の
違いを簡単に説明するにとどめる。
The vapor phase synthesis apparatus for carrying out the method of the present invention is not limited to the configuration shown in FIGS. 1 and 3, and various other configurations may also be adopted. For example, Figures 4 to 8 below are examples of this, and will be explained below with reference to these figures, but since the basic principle is the same as in Figures 1 to 3, the differences in configuration will only be briefly explained. stay.

まず第4図に示した気相合成装置は、反応室27内に基
板7及び炭素板25を対向して配置した例である。この
装置においては、CO2+H2の混合ガスは供給管28
から反応室27内に供給されると共に排気管29から排
気され、一方マイクロ波が導波管5から導入され、反応
室27内には基板7及び炭素板25を包む様にして水素
プラズマを発生させるものである。尚第4図中参照符号
30はマイクロ波導入用ウィンドウである。
First, the vapor phase synthesis apparatus shown in FIG. 4 is an example in which a substrate 7 and a carbon plate 25 are placed facing each other in a reaction chamber 27. In this device, the mixed gas of CO2+H2 is supplied to the supply pipe 28.
Hydrogen plasma is supplied into the reaction chamber 27 and exhausted from the exhaust pipe 29, while microwaves are introduced from the waveguide 5, and hydrogen plasma is generated in the reaction chamber 27 so as to surround the substrate 7 and the carbon plate 25. It is something that makes you Reference numeral 30 in FIG. 4 is a window for introducing microwaves.

次に第5図に示した気相合成装置は第4図に示した装置
とほぼ同様であり、相違点は炭素板25の代りに炭素粉
末26を用いた点である。
Next, the vapor phase synthesis apparatus shown in FIG. 5 is almost the same as the apparatus shown in FIG. 4, and the difference is that carbon powder 26 is used instead of carbon plate 25.

更に、第6図に示した気相合成装置は、導波管5を2箇
所設けた例である。即ち、反応管6の上流側に配置した
導波管5aによって炭素粉末26を加熱して水素プラズ
マと反応させると共に、反応管6の下流側に配置した導
波管5bによって基板7の周囲を水素プラズマ雰囲気と
するものである。そして生じた炭化水素・ラジカル・イ
オン種等がCO2+H2の混合ガスによフて基板7上に
移送され、基板7上にダイヤモンドが析出する。
Furthermore, the vapor phase synthesis apparatus shown in FIG. 6 is an example in which waveguides 5 are provided at two locations. That is, the waveguide 5a placed on the upstream side of the reaction tube 6 heats the carbon powder 26 to react with hydrogen plasma, and the waveguide 5b placed on the downstream side of the reaction tube 6 heats the carbon powder 26 to react with hydrogen plasma around the substrate 7. A plasma atmosphere is created. The generated hydrocarbons, radicals, ion species, etc. are transferred onto the substrate 7 by a mixed gas of CO2+H2, and diamond is deposited on the substrate 7.

第7図に示した気相合成装置では、炭素粉末26をプラ
ズマ発生領域14中におき、C02+H2の混合ガスが
導入される反応管6の下流側を比較的大きな容量を有す
る反応室27aとし、この反応室27a内に面積を広く
した基板7を設置し、この基板7上にダイヤモンドを析
出させるものである。尚この際基板7は補助加熱用ヒー
タ33で800〜1000℃に加熱される。
In the vapor phase synthesis apparatus shown in FIG. 7, carbon powder 26 is placed in the plasma generation region 14, and the downstream side of the reaction tube 6 into which the mixed gas of C02+H2 is introduced is a reaction chamber 27a having a relatively large capacity. A substrate 7 with a wide area is installed in this reaction chamber 27a, and diamond is deposited on this substrate 7. At this time, the substrate 7 is heated to 800 to 1000° C. by the auxiliary heater 33.

第8図に示した気相合成装置では、反応室27の内壁に
断熱材34を内張すすると共に、該断熱材34上に炭素
板25を配置するものである。そしてCO2+)(2の
混合ガスを供給管28から反応室27内に供給すると共
に、導波管5からマイクロ波を導入することによって、
反応室27内を高温の水素プラズマ雰囲気として基板7
上にダイヤモンドを析出させる。
In the gas phase synthesis apparatus shown in FIG. 8, a heat insulating material 34 is lined on the inner wall of the reaction chamber 27, and a carbon plate 25 is placed on the heat insulating material 34. By supplying a mixed gas of CO2+)(2 into the reaction chamber 27 from the supply pipe 28 and introducing microwaves from the waveguide 5,
The inside of the reaction chamber 27 is made into a high temperature hydrogen plasma atmosphere and the substrate 7 is
Deposit diamonds on top.

し発明の効果] 以上述べた如く本発明方法によれば、炭素原料として従
来の気体状炭化水素を用いることなく、固体炭素及び二
酸化炭素を用いる様にしたので、比較的安価に且つ効率
良くダイヤモンドを合成できる様になった。
[Effects of the Invention] As described above, according to the method of the present invention, solid carbon and carbon dioxide are used as carbon raw materials instead of conventional gaseous hydrocarbons, so diamond can be produced relatively inexpensively and efficiently. It is now possible to synthesize.

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

第1図は本発明方法を実施する為に構成される気相合成
装置例の要部を示す概略説明図、第2図は従来の気相合
成装置の一例を示す概略説明図、第3図は本発明方法を
実施する為に構成される気相合成装置の他の例を示す概
略説明図、第4〜8図は本発明方法を実施する為に構成
される気相台成装置の各種の例を示す概略説明図である
。 1・・・マグネトロン発振機 5.5a、5b・・・導波管  6・・・反応管7・・
・基板      9・・・支持台14・・・プラズマ
発生領域
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing the main parts of an example of a vapor phase synthesis apparatus configured to carry out the method of the present invention, FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing an example of a conventional vapor phase synthesis apparatus, and FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing another example of a vapor phase synthesis apparatus configured to implement the method of the present invention, and FIGS. 4 to 8 show various types of vapor phase synthesis apparatus configured to implement the method of the present invention. It is a schematic explanatory diagram showing an example. 1... Magnetron oscillator 5.5a, 5b... Waveguide 6... Reaction tube 7...
・Substrate 9...Support stand 14...Plasma generation area

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ダイヤモンドの気相合成に当たり、炭素原料として固体
炭素材料及び二酸化炭素を用い、水素プラズマ雰囲気中
で気相合成を行なうことを特徴とするダイヤモンドの気
相合成法。
A method for vapor phase synthesis of diamond, characterized in that the vapor phase synthesis of diamond is performed in a hydrogen plasma atmosphere using a solid carbon material and carbon dioxide as carbon raw materials.
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