JPS63239192A - Device for producing diamond film - Google Patents

Device for producing diamond film

Info

Publication number
JPS63239192A
JPS63239192A JP7093487A JP7093487A JPS63239192A JP S63239192 A JPS63239192 A JP S63239192A JP 7093487 A JP7093487 A JP 7093487A JP 7093487 A JP7093487 A JP 7093487A JP S63239192 A JPS63239192 A JP S63239192A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction chamber
magnetic field
diamond film
substrate
microwave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7093487A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Hiraki
昭夫 平木
Hiroshi Kawarada
洋 川原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP7093487A priority Critical patent/JPS63239192A/en
Publication of JPS63239192A publication Critical patent/JPS63239192A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a large-area and good-quality thin diamond film by introducing a microwave into a reaction chamber, and growing diamond in a vapor phase on a substrate while applying a magnetic field of specified intensity by an electromagnet. CONSTITUTION:The diamond film producing device has the following constitution. Namely, the reaction chamber 1, the means (5, 8, etc.) for introducing a raw gas into the reaction chamber 1 from the outside, a means 6 for holding the substrate in the reaction chamber 1, a means 7 for heating the substrate, microwave supply means 3 and 4 for introducing a microwave into the reaction chamber 1, and a means 2 for forming a magnetic field having at least the 2 times intensity for the intensity fulfilling the ECR condition at the time of forming the magnetic field in the reaction chamber 1 are provided. The reaction chamber 1 consisting of a cavity resonator is preferably used.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ダイアモンド膜製造装置に関し、特に、広い
面積に、良質なダイアモンド膜を成膜せしめることが可
能なダイアモンド膜製造装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a diamond film manufacturing apparatus, and particularly to a diamond film manufacturing apparatus capable of forming a high quality diamond film over a wide area.

[従来の技術] ダイアモンドは、その硬さ、電気的特性、熱伝導性、化
学的安定性など、工業材料として極めて有利な特性を有
している。
[Prior Art] Diamond has extremely advantageous properties as an industrial material, such as its hardness, electrical properties, thermal conductivity, and chemical stability.

このダイアモンドを人工的に合成するには、致方気圧、
十数百度という超高圧、高温が必要とされていたため、
その低温(数百度程度)、低圧(大気圧以下)での合成
法の研究が、近年、盛んに行なわれている。特に、低温
、低圧を実現するために水素および炭化水素から合成す
る化学的気相合成法が提唱されている。
To synthesize this diamond artificially, it is necessary to
Because ultra-high pressure and high temperatures of tens of hundreds of degrees were required,
Research on synthesis methods at low temperatures (about several hundred degrees Celsius) and low pressures (below atmospheric pressure) has been actively conducted in recent years. In particular, a chemical vapor phase synthesis method for synthesis from hydrogen and hydrocarbons has been proposed to achieve low temperatures and low pressures.

従来、この化学的気相合成法によるダイアモンド膜製造
装置として、大きく分けて、フィラメント熱分解による
ものと、いわゆるプラズマ法によるものがあった。特に
、このプラズマ法による装置として、近年、マイクロ波
プラズマ法と、電子サイクロトロン共鳴プラズマ法(以
下、ECR法という。)による装置が盛んに研究されて
いる。
Conventionally, diamond film manufacturing apparatuses using this chemical vapor phase synthesis method have been broadly divided into those using filament thermal decomposition and those using the so-called plasma method. In particular, as devices using this plasma method, devices using a microwave plasma method and an electron cyclotron resonance plasma method (hereinafter referred to as ECR method) have been actively researched in recent years.

[解決すべき問題点] 上述した従来のダイアモンド膜製造装置には、次のよう
な問題点があった。
[Problems to be Solved] The conventional diamond film manufacturing apparatus described above has the following problems.

フィラメント熱分解による装置では、炭化水素の分解速
度が遅いために、ダイアモンドの析出速度が遅く、加え
てフィラメントの断線等のトラブルを発生しやすいなど
、生産効率の点で問題点があった。
Equipment that uses filament pyrolysis has problems in terms of production efficiency, such as the slow rate of decomposition of hydrocarbons, which slows down the rate of diamond precipitation, and also tends to cause problems such as filament breakage.

また、マイクロ波プラズマ法による装置では、プラズマ
を広範囲に安定化させることができないため、ダイアモ
ンド膜を大面積化することができないという問題点があ
った。
Furthermore, in the apparatus using the microwave plasma method, the plasma cannot be stabilized over a wide range, so there is a problem that the diamond film cannot be made to have a large area.

さらに、ECR法による装置では、現在のところダイア
モンド膜の質の面で満足のいく結果が得られていない。
Furthermore, devices using the ECR method have not yet provided satisfactory results in terms of the quality of the diamond film.

本発明は、上記問題点にかんがみてなされたもので、広
い面積にわたって良質なダイアモンド膜を合成すること
ができるダイアモンド膜製造装置の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a diamond film manufacturing apparatus capable of synthesizing a high-quality diamond film over a wide area.

[問題点の解決手段] 上記目的を達成するため、本発明のダイアモンド膜製造
装置は、反応室と、この反応室に外部から原料ガスを導
入するガス導入手段と、反応室内部で基体を保持する基
体保持手段と、この基体を加熱する加熱手段と、上記反
応室内部にマイクロ波を導入するマイクロ波供給手段と
、上記反応室内部に磁場を形成するにあたり、少なくと
もECR条件を満足する強度の2倍以上の強度の磁界を
形成する磁場形成手段とを備えた構成としである。
[Means for Solving Problems] In order to achieve the above object, the diamond film manufacturing apparatus of the present invention includes a reaction chamber, a gas introduction means for introducing raw material gas into the reaction chamber from the outside, and a substrate held inside the reaction chamber. a heating means for heating the substrate; a microwave supply means for introducing microwaves into the reaction chamber; This configuration includes a magnetic field forming means for forming a magnetic field with twice the strength or more.

すなわち、本発明のダイアモンド膜製造装置は、発散磁
界に・おいて生じるマイクロ波吸収帯域に、広範囲に亙
って高密度安定化プラズマを発生せしめ、基体上にダイ
アモンドを気相成長させることにより、ダイアモンド薄
膜の大面積化、良質化を可能ならしめるものである。
That is, the diamond film manufacturing apparatus of the present invention generates high-density stabilized plasma over a wide range in the microwave absorption band generated in a diverging magnetic field, and grows diamond on a substrate in a vapor phase. This makes it possible to increase the area and improve the quality of diamond thin films.

[実施例] 以下、図面にもとづいて本発明のダイアモンド膜製造装
置について、実験例と併せて詳細に説明する。
[Example] Hereinafter, the diamond film manufacturing apparatus of the present invention will be described in detail based on the drawings together with experimental examples.

第1図は、本発明の一実施例に係るダイアモンド膜製造
装置の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a diamond film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

同図において、1は空胴共振器からなる反応室、2は反
応室1内部に強い磁場を形成する電磁石である。3はマ
イクロ波を発生するマグネトロン、4はマイクロ波を反
応室lに導く導波管である。
In the figure, 1 is a reaction chamber made of a cavity resonator, and 2 is an electromagnet that forms a strong magnetic field inside the reaction chamber 1. 3 is a magnetron that generates microwaves, and 4 is a waveguide that guides the microwaves to the reaction chamber l.

マグネトロン3は、2.45CI(zのマイクロ波を発
生し、電磁石2は、反応室1内部に2kC;以上の磁場
を形成する。2−45GHzのマイクロ波のECR条件
は875Gであり、本装置の電磁石2は、その2倍以上
の磁場を形成可能であることを特徴とする。なお、発散
磁界によるマイクロ吸収帯域が生じる位置についても制
御可能としである。
The magnetron 3 generates a microwave of 2.45 CI (z), and the electromagnet 2 forms a magnetic field of 2 kC or more inside the reaction chamber 1. The ECR condition of the 2-45 GHz microwave is 875 G, and this device The electromagnet 2 is characterized in that it can generate a magnetic field that is more than twice as large.The position where the micro-absorption band due to the divergent magnetic field occurs can also be controlled.

また、5は原料ガス導入管、6は基体を保持する基体ホ
ルダ、7はヒータ、8は試料型(+ff室である。基体
ホルダ6およびヒータ7は、反応室1および試料準備室
8の内部を移動可能としである。
Further, 5 is a source gas introduction pipe, 6 is a substrate holder that holds the substrate, 7 is a heater, and 8 is a sample mold (+ff chamber). It is movable.

このように、基体ボルダ6およびヒータ7を移動可能と
することにより、プラズマ密度が最も高いと考えられる
位置においてダイアモンド膜の成膜が可能となる。
By making the base boulder 6 and the heater 7 movable in this way, it is possible to form a diamond film at a position where the plasma density is considered to be the highest.

試料準備室8は、外部の原料ガスの供給装置、ならびに
真空ポンプに接続されている。そして、この供給装置と
真空ポンプによって必要量の原料ガスを試料準備室8ま
たは反応室1内部に供給する。
The sample preparation chamber 8 is connected to an external source gas supply device and a vacuum pump. Then, a necessary amount of raw material gas is supplied into the sample preparation chamber 8 or the reaction chamber 1 using this supply device and the vacuum pump.

次に、上記構成における本発明のダイアモンド膜製造装
置を使用してダイアモンド膜を製造する方法を説明する
Next, a method for manufacturing a diamond film using the diamond film manufacturing apparatus of the present invention having the above configuration will be described.

■マグネトロン3によって2.45GHzのマイクロ波
を発生させ、導波管4を介して反応室l中に解放する。
(2) A microwave of 2.45 GHz is generated by the magnetron 3 and released into the reaction chamber l via the waveguide 4.

このとき、反応室l内部には、電磁石2によって2.2
kC;の磁界がかけられている。この磁界の強さはEC
R条件を満たす磁界の2倍以上であり、単なる電子サイ
クロトロン共鳴ン去ではないことは明らかである。
At this time, 2.2
A magnetic field of kC; is applied. The strength of this magnetic field is EC
This is more than twice the magnetic field that satisfies the R condition, and it is clear that this is not simply electron cyclotron resonance.

■かかる強度の磁界により、反応室1内部には磁束密度
の減少にともなって、ある磁場勾配(発散磁界)が発生
する。そして、この発散磁界において生じるマイクロ波
吸収帯域によってマイクロ波のエネルギーは電子の運動
エネルギーに変換され、大面積の高密度安定化プラズマ
を形成することができる。
(2) Due to such a strong magnetic field, a certain magnetic field gradient (divergent magnetic field) is generated inside the reaction chamber 1 as the magnetic flux density decreases. The microwave energy is converted into electron kinetic energy by the microwave absorption band generated in this divergent magnetic field, making it possible to form a large-area, high-density stabilized plasma.

■反応室1内部の圧力は、1〜100Torrである。(2) The pressure inside the reaction chamber 1 is 1 to 100 Torr.

本来ならば、この範囲の圧力下では、外壁での異常放電
が生じ、プラズマは安定しない。
Normally, under pressure in this range, abnormal discharge would occur on the outer wall and the plasma would be unstable.

ところが、本発明では、磁束密度が減少する磁場勾配で
のマイクロ波吸収帯域においてのみプラズマを集中して
発生させている。つまり、プラズマ発生領域を外部から
制御肱外壁へのプラズマの接触を回避せしめ、プラズマ
の安定化および高密度化を達成することが可能となった
のである。
However, in the present invention, plasma is generated in a concentrated manner only in a microwave absorption band with a magnetic field gradient where the magnetic flux density decreases. In other words, it has become possible to avoid plasma from coming into contact with the outer wall of the control arm from the outside of the plasma generation region, thereby achieving stabilization and high density plasma.

ところで、本発明は電子サイクロトロン共鳴法ではない
と考えられる。その理由は、いわゆるECR法では、0
.1Torr以下の圧力下において成膜を行なうが、本
発明においては、1〜100Torrの圧力下で反応せ
しめる。すなわち、1〜100To r rという高い
圧力下では、完全な電子サイクロトロン運動が行なえず
、サイクロトロン共鳴は生じていないと考えられるから
である。
By the way, the present invention is not considered to be an electron cyclotron resonance method. The reason is that in the so-called ECR method, 0
.. Although film formation is performed under a pressure of 1 Torr or less, in the present invention, the reaction is performed under a pressure of 1 to 100 Torr. That is, it is considered that under a high pressure of 1 to 100 Torr, complete electron cyclotron motion cannot occur and cyclotron resonance does not occur.

本発明において使用可能なガスとして、炭化水素(例え
ば、CH,、C2H5,C2H4、C2Ha。
Gases that can be used in the present invention include hydrocarbons (eg, CH, C2H5, C2H4, C2Ha).

C3H,など)、アルコール ル、エタノール、イソプロピルアルコールなど)、ケト
ン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトンなど)、
アミン類(例えば、ジメチルアミン、トリメチルアミン
、ジエチルアミン、トリエチルアミン、アルキルアミン
など)などがあげられる。
C3H, etc.), alcohol, ethanol, isopropyl alcohol, etc.), ketones (e.g., acetone, methyl ethyl ketone, etc.),
Examples include amines (eg, dimethylamine, trimethylamine, diethylamine, triethylamine, alkylamine, etc.).

これらのガスは、マイクロ波導入後、H2ガスともに原
料ガスとして反応室lに導入される。
After microwave introduction, these gases are introduced into the reaction chamber 1 together with H2 gas as raw material gases.

この原料ガスの混合比は、上記炭化水素ガス等を体積比
において、全容fl(vol)の0.3〜5%とする(
残りは水素ガス)。炭化水素ガス等がこれより多い場合
は、グラファイトなと望まないものが多くなる。なお、
好ましくは1%以下とするのがよい。
The mixing ratio of this raw material gas is 0.3 to 5% of the total volume fl (vol) in terms of the volume ratio of the hydrocarbon gas, etc.
The rest is hydrogen gas). If the amount of hydrocarbon gas is higher than this, there will be a lot of undesirable graphite. In addition,
The content is preferably 1% or less.

また、基体の温度は600〜1000℃とする。Further, the temperature of the substrate is 600 to 1000°C.

この範囲から外れると、非晶質部が多くなる。しかし、
好ましくは700〜900℃とするのがよい。
Outside this range, the amount of amorphous portions increases. but,
The temperature is preferably 700 to 900°C.

次に、実験例によって本発明をさらに詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in further detail using experimental examples.

(実験例) 下記の要領で板状の基体上にダイアモンド膜の製造を行
なった。
(Experimental Example) A diamond film was manufactured on a plate-shaped substrate in the following manner.

(条件) ・反応室へのガスの導入量 FI2ガス   °  9 9 [m 1 /m i 
IllCH.ガス  :     1 [ml/mi 
n]・反応室圧力   °   10[  Tort・
 ]・基板温度    :sooc  ℃    ]・
基板面積    :100[mmφ  ]・プラズマ発
生装置:2.45[  GHz   ]・磁場強度  
  :2.2[kC;    ](結果) 基板上に2ミクロンの膜状ダイアモンドが形成された。
(Conditions) ・Amount of gas introduced into the reaction chamber FI2 gas ° 9 9 [m 1 /m i
IllCH. Gas: 1 [ml/mi
n]・Reaction chamber pressure ° 10[Tort・
]・Substrate temperature: sooc °C]・
Substrate area: 100 [mmφ]・Plasma generator: 2.45 [GHz]・Magnetic field strength
:2.2 [kC; ] (Result) A 2 micron film diamond was formed on the substrate.

・同定ニラマンスペクトル分析を使用したところ、13
33cm−’においてダイアモンドの存在を示すピーク
が現出した。他のピークは存在しなかった。これにより
、グラフフィト非晶質部などは含まず、完全に純粋なダ
イアモンドが形成していることが判明した。
・When using identification Niraman spectrum analysis, 13
A peak indicating the presence of diamonds appeared at 33 cm-'. No other peaks were present. This revealed that a completely pure diamond was formed, containing no graphite amorphous parts.

・性質:硬さについては、ビッツノース硬度において8
000 k g/lnm”を示した。
・Properties: Hardness: 8 on Bitsnorth hardness
000 kg/lnm".

電気的特性:抵抗値は1o12Ω・cmであった。Electrical properties: The resistance value was 1012 Ω·cm.

・大きさ:100mmφの基板上に均一な膜状に形成さ
れた。基板をさらに大きくしても可能であると予想でき
る。従来のマイクロ波プラズマ法では、基板の大きさは
24 m tnφが限度であったから、本発明によれば
、面積比にして16倍以上の大面積化を達成することが
できた。
・Size: Formed into a uniform film on a 100 mmφ substrate. It is expected that it will be possible to make the substrate even larger. In the conventional microwave plasma method, the size of the substrate was limited to 24 m tnφ, but according to the present invention, it was possible to increase the area by more than 16 times.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、要
旨の範囲内における種々変形例を含むものである。例え
ば、上述の実施例では、反応室として、空胴共振器を使
用しているが、これに限るものではない。また、基体と
して板状物の表面に成膜せしめているが、凹凸を有する
などものなど、形状についてはこれに限るものではない
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, but includes various modifications within the scope of the gist. For example, in the embodiments described above, a cavity resonator is used as the reaction chamber, but the invention is not limited to this. Further, although the film is formed on the surface of a plate-like object as a base, the shape is not limited to this, such as having irregularities.

[発明の効果] 以上説明したように本発明は、広い面積に亙って良質な
ダイアモンド膜の製造が可能となるというという効果が
ある。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention has the effect that a high-quality diamond film can be manufactured over a wide area.

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

第1図は本発明の一実施例に係るダイアモンド膜製造装
置の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a diamond film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)反応室と、この反応室に外部から原料ガスを導入
するガス導入手段と、反応室内部で基体を保持する基体
保持手段と、この基体を加熱する加熱手段と、上記反応
室内部にマイクロ波を導入するマイクロ波供給手段と、
上記反応室内部に磁場を形成するにあたり、少なくとも
ECR条件を満足する強度の2倍以上の強度の磁界を形
成する磁場形成手段とを具備することを特徴とするダイ
アモンド膜製造装置。
(1) A reaction chamber, a gas introduction means for introducing raw material gas into the reaction chamber from the outside, a substrate holding means for holding the substrate inside the reaction chamber, a heating means for heating the substrate, a microwave supply means for introducing microwaves,
A diamond film manufacturing apparatus comprising: a magnetic field forming means for forming a magnetic field at least twice as strong as an intensity satisfying ECR conditions when forming a magnetic field inside the reaction chamber.
(2)前記反応室が、空胴共振器からなるものである特
許請求の範囲第1項記載のダイアモンド膜製造装置。
(2) The diamond film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the reaction chamber comprises a cavity resonator.
(3)前記基体保持手段が、反応室内部において移動可
能である特許請求の範囲第1または2項記載のダイアモ
ンド膜製造装置。
(3) The diamond film manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the substrate holding means is movable within the reaction chamber.
JP7093487A 1987-03-25 1987-03-25 Device for producing diamond film Pending JPS63239192A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7093487A JPS63239192A (en) 1987-03-25 1987-03-25 Device for producing diamond film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7093487A JPS63239192A (en) 1987-03-25 1987-03-25 Device for producing diamond film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63239192A true JPS63239192A (en) 1988-10-05

Family

ID=13445834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7093487A Pending JPS63239192A (en) 1987-03-25 1987-03-25 Device for producing diamond film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63239192A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5427827A (en) * 1991-03-29 1995-06-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Deposition of diamond-like films by ECR microwave plasma

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6136200A (en) * 1984-07-25 1986-02-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for vapor-phase synthesis of diamond

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6136200A (en) * 1984-07-25 1986-02-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for vapor-phase synthesis of diamond

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5427827A (en) * 1991-03-29 1995-06-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Deposition of diamond-like films by ECR microwave plasma

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6350488B1 (en) Mass synthesis method of high purity carbon nanotubes vertically aligned over large-size substrate using thermal chemical vapor deposition
US7226643B2 (en) Thermal pyrolysising chemical vapor deposition method for synthesizing nano-carbon material
JPS63107898A (en) Method for synthesizing diamond with plasma
JPH02141494A (en) Vapor phase synthetic device of diamond
JPH08225395A (en) Production of diamond doped with boron
JPH04958B2 (en)
JPH04959B2 (en)
JPS63239192A (en) Device for producing diamond film
JPS6221757B2 (en)
JPS62158195A (en) Synthesizing method of diamond
JPS62265198A (en) Method for synthesizing diamond
JPS6054996A (en) Synthesis of diamond
KR19990073589A (en) Massive synthesis of carbon nanotubes using low pressure chemical vapor deposition.
JPS5935092A (en) Vapor-phase synthesis of diamond
JP2706492B2 (en) Method of synthesizing diamond powder
JPS63252997A (en) Production of diamond single crystal
JPS63185894A (en) Production of diamond thin film or diamond-like thin film
JPS63215597A (en) Production of diamond film or diamond like film
KR20010049546A (en) Synthesis method of highly purified carbon nanotubes
TW201348494A (en) Method of diamond nucleation
JPS63156009A (en) Synthesis of fine diamond powder
JPS63185891A (en) Production of diamond thin film or diamond-like thin film
KR20100026151A (en) Catalyst and methods for forming carbon nanotubes
JPS60112699A (en) Manufacture of diamond
JPS60112698A (en) Manufacture of diamond