JPS63265891A - ダイヤモンドの製造方法 - Google Patents

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、地球上で最も硬く安定であシ、耐環境性にす
ぐれた被覆膜を提供し、さらに高絶縁性。

高熱伝導性、牛導体的特性等を生かし、エレクトロニク
ス・オプトエレクトロニクス分野への応用も期待される
ダイヤモンドの製造方法に関する。

従来の技術 従来、ダイヤモンドの合成は高温・超高圧下で行なわれ
ていた。また、最近になって、減圧下での気相合成の成
功が報告され（例えばＪＪＡＰ２１　Ｌ１８３（１９Ｂ
２）、ダイヤモンドが低圧下で合成されるようになった
。しかしこの方法においても１ｏＯｏ′Ｃ程度の高温が
必要であり、高温下での合成でちる。

発明が解決しようとする問題点 このように、いまだ、ダイヤモンドの合成は高温高圧又
は高温低圧下での合成であり、工業的には不十分で、低
温、低圧下での合成に向けて研究が行われている。中で
も高速粒子を照射しつつ炭素を基板上に凝縮させる方法
は高品質のダイヤモンドを形成する技術の中で最も有望
とされている。

第２図は上記の従来例のダイヤモンド製造方法を説明す
るだめの概略図である。基板２は基板保持器３１に固定
されており、高速粒子４の飛来方向とほぼ平行に基板２
を配置する。ここで上記の基板２としては普通シリコン
基板、上記の基板保持器はメンタル、モリブデン、アル
ミナなどの通常の真空治具材料で構成した。高速粒子４
はグラファイト等の炭素からなるターゲット１に衝突し
。

衝撃で炭素を放出させる。このスパッタ現象で放出され
た炭素は基板２に飛来し、基板表面でダイヤモンド構造
やグラフ１イト構造をもつ炭素膜として成長する。この
際、基板２の表面に高速粒子４を照射しておくと、高速
粒子４がグラファイト構造の部分を選択的に除去するた
め、ダイヤモンド構造の部分が成長すると考えられてい
る。しかし、実際は基板の傾きにより得られるダイヤモ
ンドの特性のバラツキが大きく変わシ、しばしば単なる
グラファイト膜しか得られないことがあり。

再現性の向上が大きな問題であった。また高速粒子によ
りダイヤモンド構造の部分もかなり除去されるらしく、
形成速度が極めて遅いという問題があった。

問題点を解、決するだめの手段 本発明では、少なくとも要部表面が炭素よりなる基板保
持器に固定した基板上（＝、炭素を供給し。

基板上に高速粒子を照射しつつ供給された炭素を凝縮さ
せることによシ再現性よく、高い形成速度でダイヤモン
ドを形成できることをみいだした。

ここで、上記基板上に照射される高速粒子が、水素及び
不活性ガス又は炭素、フッ素及び不活性ガス又は炭素の
いずれかである場合に有効で、これらのガスがイオン化
しているとさらに有効であることも確認した。

作用 炭素が凝縮して固体となる場合に、高速粒子が照射され
ると、上記高速粒子が衝突した部分が、その衝撃によっ
て局所的に高温高圧となシ、局所的にダイヤモンドが形
成されると考えられる。この高速粒子が不活性ガスや炭
素であれば、凝縮する炭素との反応等が起こらずに効率
良くダイヤモンドが合成される。さらに水素が加速され
て照射されると、この局所的なダイヤモンド構造の部分
のみを残して他の部分を除去し、ダイヤモンド結晶を成
長させると考えられる。この水素のかわりにフッ素を用
いても有効である。ここで本発明では、基板保持器に衝
突する高速粒子が、基板保持器を構成する材料である炭
素をスパッタ現象で放出させるため、この炭素は不純物
とならずダイヤモンド合成に寄与する。従来の方法では
基板保持器がスパッタされたシ、基板側面がスパッタさ
れたりし１、それらがダイヤモンドの形成を妨げ、再現
性が乏しかったが、この方法では再現性よく安定して、
高品位のダイヤモンドが得られる。また、基板保持器か
らの炭素もダイヤモンドの合成に寄与するため、ダイヤ
モンドの形成速度も向上する。

実施例 本発明のダイヤモンドの製造方法に用いた装置を第１図
に示す。この装置はイオンビームスパッタ装置であり、
水素と不活性ガス（アルゴン）の混合イオンビームの高
速粒子４が１２００　ｅＶ程度のエネルギで、ターゲッ
ト１と基板２に照射される。ターゲット１には３０程度
の角度で、また。

基板２の表面にはほぼ平行にイオンビームの高速粒子４
が照射される。ターゲット１にはグラファイト板を用い
、これがスパッタされて炭素原子６が飛び出し、この炭
素が基板２の表面上に凝縮する。つまり、イオンビーム
の高速粒子４が基板上に照射され、この状態で炭素が供
給され膜が形成される。

本実施例では基板２としてシリコン単結晶を用い、基板
保持器３はグラファイト板を加工し、基板２の形状に合
わせて、基板の厚さく０．５ミｌだけ掘込み、そこへ基
板２を挿入し固定した。即ち、基板２０表面が、基板保
持器３の表面と凹凸なく連らなるように配置した。基板
２０表面に対する高速粒子４の入射角は８０〜９０度と
比較的ひろい角度範囲で安定して再現性よくダイヤモン
ドを形成できた。また形成速度は毎時０．２　ミクロン
で従来例の約２倍に向上した。

成長したダイヤモンド結晶は電子線回折により、ヘギサ
ゴナルのダイヤモンドであることが確認された。この場
合、基板表面６の蒸着時の温度上昇は小さい。

ここでは水素とアルゴンの混合イオンビームについて述
べたが、水素はフッ素も良く、アルゴンは他の不活性ガ
ス又は炭素でも同様の結果が得られることも本発明者等
は確認した。また、基板上に供給される炭素は、スパッ
タ以外の、熱蒸着。

ＣＶＤ　、電子ビーム蒸発、レーザビーム蒸着等によっ
て形成されたものでも良い。

発明の効果 本発明のダイヤモンドの製造方法は、宝石として、また
エレクトロニクス分野でも有用であり、あらゆる分野に
応用可能なダイヤモンドの低温低圧下合成を可能とした
もので、本発明の工業的価値はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイヤモンドの製造方法に用いた装置
の概略図、第２図は従来例のダイヤモンド製造方法にお
ける装置の概略図である。 １・・・・・・ターゲット、２・・・・・・基板、３，
３１・・・・・・基板保持器、４・・・・・・高速粒子
。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）すくなくとも要部表面が炭素よりなる基板保持器
   に、基板を固定し、上記基板の表面に高速粒子を照射し
   つつ炭素を供給し、上記表面上で炭素を凝縮させること
   を特徴とするダイヤモンドの製造方法。
2. （２）基板上に照射される高速粒子が、水素及び不活性
   ガス又は炭素を含むガスにより構成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のダイヤモンドの製造方
   法。
3. （３）基板上に照射される高速粒子の水素及び不活性ガ
   ス又は炭素が、イオン化していることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のダイヤモンドの製造方法。
4. （４）基板上に照射される高速粒子が、フッ素及び不活
   性ガス又は炭素を含むガスにより構成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のダイヤモンドの製造
   方法。
5. （５）基板上に照射される高速粒子のフッ素及び不活性
   ガス又は炭素が、イオン化していることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載のダイヤモンドの製造方法。