JPS6321296A

JPS6321296A - 気相法によるダイヤモンド合成法

Info

Publication number: JPS6321296A
Application number: JP16560986A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Hirose; 洋一広瀬; Shingo Morimoto; 信吾森本
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1986-07-16
Publication date: 1988-01-28

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は気相法によシダイヤ七ンドを合成する方法に関
する。

従来の技術ダイヤモンド合成には、黒鉛を超高圧下でダイヤモンド
に変換する方法と、炭化水素等のガスを励起・分解し、
そのガスからダイヤモンドを析出させるいわゆる気相法
によるダイヤモンド合成法がおる。前者は主として粒状
のダイヤモンドが得られ、後者は微粒子状あるｂは膜状
のダイヤモンドが得られる。

従来報告されている気相法によるダイヤモンド合成法は
、原料は殆んど炭化水素と水素の混合ガスを用いている
。ガスの励起には各種の方法があり、大別すると加熱フ
ィラメントを用いる方法（特開昭５９−９１１００）、
マイクロ波による方法（特開昭５９−３０９８）、高周
波による方法（特開昭５８−１３５１１７）があり、そ
の他特殊なものとしては、ダロー放電、アーク放電、ス
・母ツタリング法、イオンビーム法、紫外Ｎ照射などが
ある。

発明の解決すべき問題点しかし、従来の気相法によるダイヤモンド合成では、何
れの方法でも、Ｓｔ、Ｗなどの基板上あるいはダイヤモ
ンド棟結晶上などに析出させているが、析出速度が遅く
、また析出面積も狭い。

また、特開昭５９−３０９８、同５８−１３５１１７に
記載されているマイクロ波や高周波によるプラズマ発生
は、ガスの圧力範囲が数Ｔｏｒｒ〜数士Ｔｏｒｒ程度と
かなシ減圧にしなければならない。またプラズマ化して
いる空間が狭いので広い面積に亘って析出８せることか
できない。そしてダイヤモンドの析出速度も遅い。

一方、特開昭５９−９１１００に記載されている加熱フ
ィラメントを用いる方法は、やけシ減圧下で行なわれて
おシ、析出速度も遅い。

本発明は、ダイヤモンド合成原料の励起方法について種
々研究した結果到達したもので、その目的は、ダイヤモ
ンドの析出速度を速め、且つ析出面積の大きなものまで
可能にすること、常圧、加圧状態でも析出ができるよう
にすることにある。

問題点を解決するための手段前記目的を達成する本発明の気相法によるダイヤモンド
合成法は、炭素源の化合物及び水素源の化合物？用いて
気相法によシダイヤモンドを合成する方法において、前
記炭素源の化合物を加熱フィラメントによって励起し、
前記水素源の化合物を無声放電によって励起することを
特徴とするものである。

以下、本発明を更に詳細に睨明する。

本発明方法は、炭素源の化合物及び水素源の化合物を夫
々別の手段により励起し、これらを所定の温度に加熱し
た基体、ダイヤモンド種結晶等の表面に導いてダイヤモ
ンドとして析出させる方法である。炭素源の化合物及び
水素源の化合物を別々に励起するため、夫々を所望程度
に励起することが可能となり、析出速度の向上、析出ダ
イヤモンドの品位の調節が可能とガる。

本発明において炭素源の化合物を励起するために用いる
加熱フィラメントとしては、例えはタングステンフィラ
メント、トリウム含有タングステンフィラメント、タン
タルフィラメント、バリウムやストロンチウムの酸化物
で表面被模した酸化物フィラメント等従来公知の加熱フ
ィラメントを使用することができる。

本発明において水素源の化合ｍを励起するために用いる
無声放電は、一般にオゾンヲ製造する際に用いられてい
る放電方法で、先の尖った電極を少なくとも一方に用い
、高電圧下で放電させるが音が出ないことからこの名が
あシ、アーク放電やグロー放電とは区別される。

この様に、本発明においては、励起手段として加熱フィ
ラメントと無声放ｔ’を組合せて用いることによシ、従
来法にみられない高い析出速度でダイヤモンドを析出さ
せることができ、しかも析出面積を増加させることがで
き、また常圧、加圧状態でも析出できるようにしている
。

使用される炭素源の化合物としては、メタン。

エタン等の飽和脂肪族炭化水素、エチレン、アセチレン
等の不飽和脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素、脂環式炭化水素などの炭化水素；フェノ
ール；石炭酸；メタノール。

エタノール、２−プロパツール、２−メチル−２−ゾロ
ノ（ノール、１−グロパノール、ジアセトンアルコール
、アリルアルコール等のアルコール性水酸基を有する有
機化合物、ジメチルエーテル、エトキシエチレン、エチ
ルメチルエーテル、ジエチルエーテル、２，３−エポキ
シブタン等のエーテル基を有する有機化合物、アセトン
、エチルメチルケトン、ジエチルケトンｊ２＃４””ン
タンジオン、アセトフェノン、１′−プチロナフトン等
のケトン基を有する有機化合物、酢酸メチル、酢酸エチ
ル、酢酸イソアミル等のエステル結合を有する有機化合
物、ジメチルケテン、フェニルケテン等のケテン基を有
する有愼化合物、酢酸、無水酢酸、アセトフェノン等の
アセチル基を有する有機化合物、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド。

プロピオンアルデヒド等のアルデヒド基を有する有機化
合物、過ば化物などの酸素原子を含有する有機化合物；
メチ、ルアミン、エチルアミン、イソプロぎルアミン等
の第１アミン、ジメチルアミン等の第２アミン、トリメ
チルアミン等の第３アミン、アセトニトリル、ベンゾニ
トリル、アクリロニトリル、ピパロニトリル等のニトリ
ル基を有する有機化合物、ヘキサンアミド、アセトアミ
ド等のアミド基を有する有機化合物、ニトロエタン。

ニトロメタン、ニトロソベンゼン、ニトロプロパン等の
ニトロ基を有する有機化合物などの窒素原子を含有する
有機化合物；メルカプタン等の硫黄原子を含む有機化合
物；クロロメタン、臭化メタン、ヨウ化メタン等のハロ
ダン原子を含む有機化合物；などである。この中では特
にアセトンやアルコール等の酸素原子を含む有機化合物
がダイヤモンドの析出速度が大きく好ましい。

使用される水素源の化合物としては、励起状態で原子状
水素を生成し得る化合物が使用され、−般に水素ガスが
使用されるが、このほか、水、メチルアルコール、イソ
プロピルアルコール等のアルコール、ホルムアルデヒド
等のアルデヒドナトを使用することができる。水素ガス
を使用する場合、アルゴン等の不活性ガスと混合して使
用してもよい。

炭素源の化合物と水素源の化合物の使用量に特に制限は
ないが、炭素源の化合物０．１〜５０容量優に対し、水
素源の化合物あるいは水素源の化合物と不活性ガスとの
混合物９９．９〜５０容量チの割合が適当である。

以下、図面を参考に具体的に本発明を底切する。

第１図は１本発明方法を実施するために用いる装置の１
例を示した模式図である。図において、１は反応槽であ
シ、回転軸２に軸支され且つ基板加熱部３を備えた基板
支持台４を収容している。

５は炭素源の化合物を導入するための石英管であシ、反
応槽１内に挿入配置された開口端部に加熱フィラメント
６を備えている。７は加熱フィラメント６の電源である
。炭素源の化合物は石英管５の上部の入口８より導入さ
れ、加熱フィラメント６と接触する領域で励起・分解さ
れる。

第１図中、９は水素源の化合物を導入するための石英管
でその中に電極となるタングステン棒１０が石英管１１
の中に挿入配置されている。石英管９の外側には電極と
なる円筒状銅箔１２が設けられている。電極１０と１２
間には交流又は直流の高電圧電源１３によって印加され
る。水素源の化合物は石英ｖ９の上部の入口１４よシ導
入され、無声放電帯域（両電極間）で励起・分解される
。

第１図中、１５は反応室１内を排気するための排気口で
ある。

基板１６は支持台４上に載置される。基板１６としては
、シリコン、モリブデン、タンタル、タングステンなど
の金属板、炭化珪素、窒化チタン石英、窒化アルミなど
のセラミック板などを用いることができる。さらに、基
板１６の代シにダイヤモンドの種結晶や炭化珪素の粒子
を反応槽内に収容し、この上にダイヤモンドを析出させ
ることもできる。

加熱フィラメント６の温度は、１５００〜２５００℃が
適当でおる。

無声放電の条件は励起管の太さ吟によって変るが、電極
間距離１〜２０ｍｍで電圧２〜１５ｋＶが適当である。

反応槽１内でのガスの圧力は１０Ｔｏｒｒ以上から常圧
以上、例えば１０００Ｔｏｒｒでも可能である。励起さ
れる反応ガスの温度は室温〜７００℃にあるのが好まし
い。

ダイヤモンドを析出させる基板等の温度は従来の方法と
変シはなく、２５０〜９ｏｏ℃の範囲が好ましい。基板
の位置は石英管の先端から０．５〜２０ｗｍ位離したと
ころがよい。

実施例以下に実施例を示して、本発明を更に具体的に説明する
。

実施例１第１図に示した装置を用いて本発明方法を実施した。

炭素源の化合物としてアセトン（流量２８ＣＣＭ　）、
水素源の化合物として水素ガス（流量１００　ＳＣＣＭ
）を用い、基板１６としてダイヤモンド砥粒で表面に細
かい傷を付けたシリコンウェハーを使用し、基板温度を
６５０℃とした。電ｍ、１３としては５ｋＶ（３〜６ｋ
Ｖ出力可能）のＡＣ高電圧源、加熱フィラメント６とし
て径０．２ｍで２０００〜２４００℃に加熱されたタン
グステンフィラメント金剛いた。

反応槽１内の圧力はｌ　Ｏ０Ｔｏｒｒ、無声放電用電極
１０と基板との距離を３　ｗｍ、フィラメント６と基板
との距離を１■とじて１時間反応させたところ、基板上
に厚み６μｍの析出物を得た。この析出物は光学顕微鏡
によって自形の発達を確認でき、電子線回折、ラマン分
光分析によってダイヤモンドである事が確認できた。

実施例２反応槽１内の圧力を７６　Ｑ　Ｔｏｒｒ　ｓ無声放電用
電極１０と基板との距離を１■とじた以外は実施例１と
同じ条件で反応を行なったところ、実施例１と同じ析出
物が、厚み８μｍで得られた。

実施例３基板としてシリコンのミラー研磨したウエノ１−をその
まま使用した以外は実施例１と同じ条件で反応を行なっ
たところ、直径１４μｍの自形の発達しだ粒子状ダイヤ
モンドの析出物が得られた。

実施例４炭素源の化合物としてアセトンの代シにエチルアルコー
ルを用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行なった
ところ、実施例１と同じ析出物が厚み５μｍで得られた
。

実施例５炭素源の化合物としてアセトンの代シにメタンを使用し
た以外は実施例１と同じ条件で反応を行なったところ、
実施例１と同じ析出物が厚み２μｍで得られた。

実施例６炭素源の化合物としてアセトンの代シにトリメチルアミ
ンを用いた以外は実施例１と同じ条件で反応を行なった
ところ、厚み５μｍの膜状析出物が得られた。

発明の効呆本発明の気相法によるダイヤモンド合成法によれば、従
来法にも増して、ダイヤモンドの析出速度を高めること
ができ、しかも析出面積の大きなものまで可能にでき、
また常圧、加圧状態でも析出ができる等の大きな特色が
ある。

本発明によって得られるダイヤモンドは基板上に析出さ
せた膜状物、あるいはダイヤモンドの種子や炭化珪素粒
子の上に析出させた粒状物でおる。

膜状のものは基材に核層して耐摩耗性部材、研磨材、放
熱材などに利用でき、粒状のものは研磨材等に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するだめの装置の模式図であ
る。１・・・反応槽、３・・・基板加熱部、４・・・基板支
持台、５・・・炭素源の化合物導入用石英管、６・・・
加熱フィラメント、９・・・水素源の化合物導入用石英
管、１０．１２・・・無声放電電極、１５・・・排気口
、１６・・・基板。代理人　弁理士　　山　下　穣　平第１図

Claims

【特許請求の範囲】

炭素源の化合物及び水素源の化合物を用いて気相法によ
りダイヤモンドを合成する方法において、前記炭素源の
化合物を加熱フィラメントによって励起し、前記水素源
の化合物を無声放電によって励起することを特徴とする
気相法によるダイヤモンド合成法。