JPS63250457A - ダイヤモンド薄膜の作製方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜の作製方法Info
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- JPS63250457A JPS63250457A JP8762487A JP8762487A JPS63250457A JP S63250457 A JPS63250457 A JP S63250457A JP 8762487 A JP8762487 A JP 8762487A JP 8762487 A JP8762487 A JP 8762487A JP S63250457 A JPS63250457 A JP S63250457A
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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。
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〕
この発明は、基体上に、ダイヤモンド結晶を含むダイヤ
モンド薄膜を作製する方法に関する。
モンド薄膜を作製する方法に関する。
従来、基体上にダイヤモンド薄膜を作製(合成)する手
段としては、炭化水素や有機化合物系のガスを用いたプ
ラズマCVD法、光CVD法等の化学気相成長法が採ら
れていた。
段としては、炭化水素や有機化合物系のガスを用いたプ
ラズマCVD法、光CVD法等の化学気相成長法が採ら
れていた。
ところが上記のような従来の方法においては、■ダイヤ
モンド結晶が一応得られるものの、グラファイトの析出
も多く生じる、■原料ガス中の水素の薄膜内への混入が
避けられず膜質が低下する、■基体を数百℃〜1000
℃程度の高温に加熱する必要があるため使用できる基体
の材質が限定される、等の問題があった。
モンド結晶が一応得られるものの、グラファイトの析出
も多く生じる、■原料ガス中の水素の薄膜内への混入が
避けられず膜質が低下する、■基体を数百℃〜1000
℃程度の高温に加熱する必要があるため使用できる基体
の材質が限定される、等の問題があった。
そこでこの発明は、このような問題点を解決したダイヤ
モンド薄膜の作製方法を提供することを主たる目的とす
る。
モンド薄膜の作製方法を提供することを主たる目的とす
る。
この発明のダイヤモンド薄膜の作製方法は、真空中で基
体に対して、炭素原子の輸送と運動エネルギーを有する
ネオンイオンの輸送とを行うと共に、その際のネオンイ
オンのエネルギー(e V)および炭素原子の輸送量に
対するネオンイオンの輸送量の比〔%〕を、前者を横軸
に後者を縦軸にした直交座標において、4点(10,1
0)、(10,73)、(1000,1)および(10
00,15)で囲まれる領域内に選ぶことを特徴とする
。
体に対して、炭素原子の輸送と運動エネルギーを有する
ネオンイオンの輸送とを行うと共に、その際のネオンイ
オンのエネルギー(e V)および炭素原子の輸送量に
対するネオンイオンの輸送量の比〔%〕を、前者を横軸
に後者を縦軸にした直交座標において、4点(10,1
0)、(10,73)、(1000,1)および(10
00,15)で囲まれる領域内に選ぶことを特徴とする
。
基体に対して上記のような条件下で炭素原子の輸送とネ
オンイオンの輸送とを行うと、当該基体上に、品質の良
好なダイヤモンド薄膜を低温下で作製できることが確か
められた。これは、上記のような条件下において、ネオ
ンイオンが、基体上のグラファイト構造の炭素をダイヤ
モンドに結晶成長させるための核形成エネルギー供給源
として効果的に作用するためであると考えられる。
オンイオンの輸送とを行うと、当該基体上に、品質の良
好なダイヤモンド薄膜を低温下で作製できることが確か
められた。これは、上記のような条件下において、ネオ
ンイオンが、基体上のグラファイト構造の炭素をダイヤ
モンドに結晶成長させるための核形成エネルギー供給源
として効果的に作用するためであると考えられる。
第1図は、実施例に使用した装置の一例を示す概略図で
ある。
ある。
真空容器(図示省略)内に、基体4をホルダ2に取り付
けて収納しており、当該基体4に向けて蒸発源8および
イオン源16を配置している。
けて収納しており、当該基体4に向けて蒸発源8および
イオン源16を配置している。
蒸発源8は、この例では電子ビーム蒸発源であり、蒸発
材料10として炭素ベレットを有しており、それを電子
ビームによって加熱蒸気化して得られる炭素12を基体
4の表面に蒸着させることができる。もっとも、このよ
うな電子ビーム蒸発源の代わりに、炭素ターゲットをス
パッタさせる方式の蒸発源、あるいは炭素カソードにお
ける真空アーク放電によって炭素を蒸発させる方式の蒸
発源等を用いることもできる。
材料10として炭素ベレットを有しており、それを電子
ビームによって加熱蒸気化して得られる炭素12を基体
4の表面に蒸着させることができる。もっとも、このよ
うな電子ビーム蒸発源の代わりに、炭素ターゲットをス
パッタさせる方式の蒸発源、あるいは炭素カソードにお
ける真空アーク放電によって炭素を蒸発させる方式の蒸
発源等を用いることもできる。
基体4に対する炭素12の蒸着速度あるいは基体4上に
作製される薄膜の膜厚は、膜厚モニタ14によって計測
することができる。
作製される薄膜の膜厚は、膜厚モニタ14によって計測
することができる。
イオン源16は、この例ではプラズマ閉じ込めに多極磁
場を用いるパケット型イオン源であり、供給されたガス
Gをイオン化して均一で大面積のイオン(イオンビーム
)18を基体4の表面に向けて照射することができる。
場を用いるパケット型イオン源であり、供給されたガス
Gをイオン化して均一で大面積のイオン(イオンビーム
)18を基体4の表面に向けて照射することができる。
もっとも、このようなパケット型イオン源の代わりに、
他のタイプのイオン源を用いることもできる。
他のタイプのイオン源を用いることもできる。
この場合、イオン18には、膜中への不純物混入を防ぐ
観点から、不活性ガスイオンの一種であるネオン(Ne
)イオンを用いる。従って、イオン源16にはガスGと
してネオンガスを供給する。
観点から、不活性ガスイオンの一種であるネオン(Ne
)イオンを用いる。従って、イオン源16にはガスGと
してネオンガスを供給する。
膜作製に際しては、真空容器内を例えば10−5〜10
−’Torr程度にまで排気した後、蒸発源8からの炭
素12を基体4上に蒸着させるのと同時に、またはそれ
と交互に、イオン源16からのネオンイオン18を基体
4に向けて照射する。それによって、基体4の表面に、
後述するような薄膜が作製される。
−’Torr程度にまで排気した後、蒸発源8からの炭
素12を基体4上に蒸着させるのと同時に、またはそれ
と交互に、イオン源16からのネオンイオン18を基体
4に向けて照射する。それによって、基体4の表面に、
後述するような薄膜が作製される。
その際、基体4表面の垂線に対するネオンイオン18の
入射角θは、それによる蒸着炭素12のスパッタ防止等
の観点から、O°〜60゛程度の範囲内にするのが好ま
しい。
入射角θは、それによる蒸着炭素12のスパッタ防止等
の観点から、O°〜60゛程度の範囲内にするのが好ま
しい。
また、基体4の温度は、室温程度でも良いし、熱励起の
ためやネオンイオン18の照射に伴って薄膜中に発生す
る欠陥除去等のために、必要に応じて数百℃程度に加熱
しても良い。
ためやネオンイオン18の照射に伴って薄膜中に発生す
る欠陥除去等のために、必要に応じて数百℃程度に加熱
しても良い。
上記のような方法で、ネオンイオン18のエネルギーE
〔eV〕および基体4に対するネオンイオンの輸送量と
炭素原子の輸送量との比Ne/C〔%〕を種々変えて実
験した結果を以下に説明する。この場合、基体4として
シリコン基板を用い、ネオンイオン18の入射角θはO
oとし、かつ膜作製は室温下で行った(即ち基体4の特
別な加熱は行わなかった)。
〔eV〕および基体4に対するネオンイオンの輸送量と
炭素原子の輸送量との比Ne/C〔%〕を種々変えて実
験した結果を以下に説明する。この場合、基体4として
シリコン基板を用い、ネオンイオン18の入射角θはO
oとし、かつ膜作製は室温下で行った(即ち基体4の特
別な加熱は行わなかった)。
第2図は、ネオンイオン18のエネルギーEを200e
V、500eV、800eV、1000eVにそれぞれ
選んだとき、前記輸送量比Ne/Cの変化に対する基体
4上に作製された薄膜の結晶化率の変化を示すものであ
る。
V、500eV、800eV、1000eVにそれぞれ
選んだとき、前記輸送量比Ne/Cの変化に対する基体
4上に作製された薄膜の結晶化率の変化を示すものであ
る。
ここで言う結晶化率とは、フーリエ変換赤外分光分析装
置(FT−I R)を用いて基体4上の薄膜の赤外吸収
スペクトルを測定した時の、純粋なダイヤモンドに対応
ず為赤外吸光波数2300cm−’における吸収率〔%
〕をその薄膜の膜厚〔入〕で割ったものであり、この値
が大きい程、ダイヤモンドの結晶化が高いことを示して
いる。
置(FT−I R)を用いて基体4上の薄膜の赤外吸収
スペクトルを測定した時の、純粋なダイヤモンドに対応
ず為赤外吸光波数2300cm−’における吸収率〔%
〕をその薄膜の膜厚〔入〕で割ったものであり、この値
が大きい程、ダイヤモンドの結晶化が高いことを示して
いる。
そして、第2図中の各点の条件下で得られた薄膜の結晶
構造を、透過の電子線回折図形で評価したところ、同図
中の破線L1以下の条件では炭素またはグラファイトで
あり、破&7i L I とL2間の条件ではダイヤモ
ンド結晶とグラファイトが混在したものであり、破b’
A l を以上の条件では殆どダイヤモンド結晶である
ことが分かった。
構造を、透過の電子線回折図形で評価したところ、同図
中の破線L1以下の条件では炭素またはグラファイトで
あり、破&7i L I とL2間の条件ではダイヤモ
ンド結晶とグラファイトが混在したものであり、破b’
A l を以上の条件では殆どダイヤモンド結晶である
ことが分かった。
この第2図のデータに基づいて、ネオンイオン18のエ
ネルギーEと前記輸送量比Ne/Cとで、ダイヤモンド
結晶が成長する条件を直交座標に示したのが第3図であ
る。破線L3とL4間の領域がダイヤモンド結晶が成長
する条件の範囲であり、これは第2図の破線L1より上
側の条件に相当する。また、実線り、上の条件がダイヤ
モンド結晶が成長する最適条件であり、これは第2図の
破線L2より上側にある曲線の各頂点の条件に相当する
。
ネルギーEと前記輸送量比Ne/Cとで、ダイヤモンド
結晶が成長する条件を直交座標に示したのが第3図であ
る。破線L3とL4間の領域がダイヤモンド結晶が成長
する条件の範囲であり、これは第2図の破線L1より上
側の条件に相当する。また、実線り、上の条件がダイヤ
モンド結晶が成長する最適条件であり、これは第2図の
破線L2より上側にある曲線の各頂点の条件に相当する
。
例として、同図中のA点(200e V、 25%)
、B点(1000e V、 5%)および0点(200
e V、 88%)の条件下で作製した薄膜表面の走
査電子顕微鏡写真(倍率はいずれも10000倍)をそ
れぞれ第4図、第5図および第6図に、かつ透過電子線
回折図形をそれぞれ第7図、第8図および第9図に示す
。
、B点(1000e V、 5%)および0点(200
e V、 88%)の条件下で作製した薄膜表面の走
査電子顕微鏡写真(倍率はいずれも10000倍)をそ
れぞれ第4図、第5図および第6図に、かつ透過電子線
回折図形をそれぞれ第7図、第8図および第9図に示す
。
これらから、室温下での処理にも拘らず、A点およびB
点で、しかもA点の方がより多く、ダイヤモンド結晶が
成長していることが分かる。また、0点ではダイヤモン
ド結晶が全く成長していないことが分かる。
点で、しかもA点の方がより多く、ダイヤモンド結晶が
成長していることが分かる。また、0点ではダイヤモン
ド結晶が全く成長していないことが分かる。
即ち第3図から、膜作製の際のネオンイオン18のエネ
ルギーE(eV)と、基体4に対するネオンイオンと炭
素原子の輸送量比Ne/C(%〕の条件が、はぼ、4点
P+(10,10) 、Pg(10゜73) 、PI(
1000,1)およびP4.(1000゜15)で囲ま
れる領域内にあれば、基体4上にダイヤモンド結晶を含
むダイヤモンド薄膜が得られることが分かる。
ルギーE(eV)と、基体4に対するネオンイオンと炭
素原子の輸送量比Ne/C(%〕の条件が、はぼ、4点
P+(10,10) 、Pg(10゜73) 、PI(
1000,1)およびP4.(1000゜15)で囲ま
れる領域内にあれば、基体4上にダイヤモンド結晶を含
むダイヤモンド薄膜が得られることが分かる。
これは、上記のような条件下において、ネオンイオン1
8が、基体4上に蒸着されたグラファイト構造の炭素を
ダイヤモンドに結晶成長させるための核形成エネルギー
供給源として効果的に作用するためであると考えられる
ゆ この場合、ネオンイオン18のエネルギーEの上限を1
000eVとするのは、ネオンイオン18の照射によっ
てダイヤモンド薄膜内にダメージ(欠陥部)が発生した
り当該薄膜がスパッタされるのを軽減するためであり、
下限を1QeVとするのは、イオン源16等から考えて
それが現実的に採り得る最小値だからである。
8が、基体4上に蒸着されたグラファイト構造の炭素を
ダイヤモンドに結晶成長させるための核形成エネルギー
供給源として効果的に作用するためであると考えられる
ゆ この場合、ネオンイオン18のエネルギーEの上限を1
000eVとするのは、ネオンイオン18の照射によっ
てダイヤモンド薄膜内にダメージ(欠陥部)が発生した
り当該薄膜がスパッタされるのを軽減するためであり、
下限を1QeVとするのは、イオン源16等から考えて
それが現実的に採り得る最小値だからである。
上記のような膜作製方法の特徴をまとめれば次の通りで
ある。
ある。
■ ネオンイオン18のエネルギー等の条件を上記のよ
うな範囲内に選定することにより、グラファイトの析出
を抑制してダイヤモンド結晶を多く含むダイヤモンド薄
膜を得ることができる。
うな範囲内に選定することにより、グラファイトの析出
を抑制してダイヤモンド結晶を多く含むダイヤモンド薄
膜を得ることができる。
■ ネオンイオン18は、不活性ガスイオンであり、し
かも比較的軽いためガスとして薄膜中から抜は出し易く
、従って不純物混入の無い高品質のダイヤモンド薄膜を
得ることができる。
かも比較的軽いためガスとして薄膜中から抜は出し易く
、従って不純物混入の無い高品質のダイヤモンド薄膜を
得ることができる。
■ 熱励起を主体としておらず室温のような低温下でダ
イヤモンド薄膜を得ることができるため、基体4として
使用できる材質の範囲が大幅に広がる。
イヤモンド薄膜を得ることができるため、基体4として
使用できる材質の範囲が大幅に広がる。
尚、以上は、炭素の蒸着とネオンイオンの照射を併用し
た例を説明したが、それ以外の方法、例えばイオンブレ
ーティング等の方法によっても、上記のような条件下で
基体に対して炭素原子の輸送と運動エネルギーを有する
ネオンイオンの輸送とを行えば、上記例と同様にダイヤ
モンド薄膜の作製が可能である。
た例を説明したが、それ以外の方法、例えばイオンブレ
ーティング等の方法によっても、上記のような条件下で
基体に対して炭素原子の輸送と運動エネルギーを有する
ネオンイオンの輸送とを行えば、上記例と同様にダイヤ
モンド薄膜の作製が可能である。
以上のようにこの発明によれば、グラファイトの析出を
抑制すると共に不純物混入の無い高品質のダイヤモンド
薄膜を作製することができる。しかも室温のような低温
下での膜作製が可能であるため、基体として使用できる
材質の範囲が大幅に広がる。
抑制すると共に不純物混入の無い高品質のダイヤモンド
薄膜を作製することができる。しかも室温のような低温
下での膜作製が可能であるため、基体として使用できる
材質の範囲が大幅に広がる。
第1図は、実施例に使用した装置の一例を示す概略図で
ある。第2図は、ネオンイオンのエネルギーを種々に選
んだとき、基体に対するネオンイオンと炭素原子の輸送
量比の変化に対する薄膜の結晶化率の変化を示すグラフ
である。第3図は、ネオンイオンのエネルギーと基体に
対するネオンイオンと炭素原子の輸送量比との関係でダ
イヤモンド結晶が成長する条件を示すグラフである。第
4図ないし第6図は、それぞれ、第3図中の点Aないし
点Cの条件下で作製した薄膜表面の走査電子顕微鏡写真
である。第7図ないし第9図は、それぞれ、第3図中の
点Aないし点Cの条件下で作製した薄膜の透過電子線回
折図形である。 4・・・基体、8・・・蒸発源、12・・・炭素、16
・・・イオン源、18・・・ネオンイオン。
ある。第2図は、ネオンイオンのエネルギーを種々に選
んだとき、基体に対するネオンイオンと炭素原子の輸送
量比の変化に対する薄膜の結晶化率の変化を示すグラフ
である。第3図は、ネオンイオンのエネルギーと基体に
対するネオンイオンと炭素原子の輸送量比との関係でダ
イヤモンド結晶が成長する条件を示すグラフである。第
4図ないし第6図は、それぞれ、第3図中の点Aないし
点Cの条件下で作製した薄膜表面の走査電子顕微鏡写真
である。第7図ないし第9図は、それぞれ、第3図中の
点Aないし点Cの条件下で作製した薄膜の透過電子線回
折図形である。 4・・・基体、8・・・蒸発源、12・・・炭素、16
・・・イオン源、18・・・ネオンイオン。
Claims (1)
- (1)真空中で基体に対して、炭素原子の輸送と運動エ
ネルギーを有するネオンイオンの輸送とを行うと共に、
その際のネオンイオンのエネルギー〔eV〕および炭素
原子の輸送量に対するネオンイオンの輪送量の比〔%〕
を、前者を横軸に後者を縦軸にした直交座標において、
4点(10,10)、(10,73)、(1000,1
)および(1000,15)で囲まれる領域内に選ぶこ
とを特徴とするダイヤモンド薄膜の作製方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8762487A JPS63250457A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | ダイヤモンド薄膜の作製方法 |
EP87106104A EP0245688B1 (en) | 1986-04-28 | 1987-04-28 | Method of forming diamond film |
DE8787106104T DE3775459D1 (de) | 1986-04-28 | 1987-04-28 | Verfahren zur herstellung einer diamantenschicht. |
US07/544,800 US5009923A (en) | 1986-04-28 | 1990-06-27 | Method of forming diamond film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8762487A JPS63250457A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | ダイヤモンド薄膜の作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63250457A true JPS63250457A (ja) | 1988-10-18 |
Family
ID=13920129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8762487A Pending JPS63250457A (ja) | 1986-04-28 | 1987-04-08 | ダイヤモンド薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63250457A (ja) |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP8762487A patent/JPS63250457A/ja active Pending
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