JPS63278544A - 大型ダイヤモンドの合成方法 - Google Patents

大型ダイヤモンドの合成方法

Info

Publication number
JPS63278544A
JPS63278544A JP62112862A JP11286287A JPS63278544A JP S63278544 A JPS63278544 A JP S63278544A JP 62112862 A JP62112862 A JP 62112862A JP 11286287 A JP11286287 A JP 11286287A JP S63278544 A JPS63278544 A JP S63278544A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solvent
seed crystal
growth
diameter
diamond
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.)
Granted
Application number
JP62112862A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0779958B2 (ja
Inventor
Shuichi Sato
周一 佐藤
Kazuo Tsuji
辻 一夫
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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 Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP62112862A priority Critical patent/JPH0779958B2/ja
Priority to ZA883150A priority patent/ZA883150B/xx
Priority to KR1019880005169A priority patent/KR900003322B1/ko
Priority to DE8888107340T priority patent/DE3860513D1/de
Priority to EP88107340A priority patent/EP0290044B1/en
Priority to IE137288A priority patent/IE61745B1/en
Priority to CN88103598A priority patent/CN1014693B/zh
Priority to US07/192,046 priority patent/US4836881A/en
Publication of JPS63278544A publication Critical patent/JPS63278544A/ja
Publication of JPH0779958B2 publication Critical patent/JPH0779958B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/04Diamond
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/062Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06High pressure synthesis
    • B01J2203/065Composition of the material produced
    • B01J2203/0655Diamond
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06High pressure synthesis
    • B01J2203/0675Structural or physico-chemical features of the materials processed
    • B01J2203/068Crystal growth
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/901Levitation, reduced gravity, microgravity, space
    • Y10S117/902Specified orientation, shape, crystallography, or size of seed or substrate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

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〕 温度差法を用いた大型ダイヤモンド単結晶合成に関する
ものである。
〔従来の技術〕
温度差法によるダイヤモンド合成は、米国GE社(U 
S P −4,034,066)が最初に完成した。そ
の後量産化の技術が進み、(特開昭59−152214
号公報。
特開昭60−210512号公報)現在は、ヒートシン
ク超精密バイト等の加工製品として販売されている。
温度差法は、第1図に示す如く超高圧発生装置内に、炭
素源(1)と、溶媒(2)1種結晶(3)、溶解防止層
(4)を配置し、ヒーター(5)によって炭素源と種結
晶中に生ずる温度差ΔTにより、種結晶上にエピタキシ
ャルに単結晶を成長させる方法である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の合成方法では、合成出来る単結晶が最大2カラツ
ト(直径6mm)程度で、8mm以上の大きさを必要と
するCotレーザー窓材、赤外線窓材。
医療用メス、ICボンダー等の用途には使用出来なかっ
た。又、2カラツトの原石を合成するには2週間以上を
要し、コスト的にも割高となり、実用には適さなかった
かかる従来方法の欠点は、下記の2点が原因であった。
i)大きな種結晶(3mm以上)から、大きな単結晶を
合成しようとすると、集合晶となり良質な単結晶が出来
ない。
ii ) 2力ラツト以上の結晶サイズになると、急速
に溶媒の巻き込みが生じ、良質な単結晶が得られない。
従って、小さな種結晶より徐々に成長させる為に、結晶
成長時間が極めて長く掛かりコスト高になる。又2カラ
ツトから急速に溶媒金属の巻き込みが生じ、実用に耐え
られる単結晶が合成出来なかった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明では前述の2つの欠点を解決すべく、下記の点を
改良した。
i)大きな種結晶より良質な単結晶を成長させる為に、
種結晶表面を一度溶かしてから、再成長させる方法をと
った。
ii ) 2力ラツト以上の原石でも溶媒の巻き込みが
注しない様、下記の方法を用いた。
a)種結晶面に(111)面を用い、最大成長面が炭素
の拡散方向と垂直になる様成長させた。
b)炭素の拡散濃度を結晶成長面で均一にする為、溶媒
形状を中央部が外周部に比較して、20〜200%高く
するか、または炭素源と接している部分を球形にする。
〔作用〕
従来の方法で直径8mm以上の大型単結晶を合成しよう
とすると、下記の2点が問題となった。
(ア)成長時間が極めて長時間(2週間以上)である。
(イ)直径6〜7mm(2カラツト)以上の大きさから
、急速に金属溶媒の巻き込みが生じ、良質な単結晶が得
られない。
上記(ア)の問題を解決するには、大きな単結晶を用い
る事が効果的である。それは成長速度が、結晶の表面積
に比例する為、表面積の小さい初期の成長速度が著しく
遅い事に起因する。たとえば直径1111I+の種結晶
を用いると、単結晶が3111ffiになるのに1週間
、6111111になるのに10日間、3mmに達する
のに2週間を要する。従って、当初から3mw以上の種
結晶を用いれば、成長時間はη以下に低減される。とこ
ろが従来方法で直径31以上の種結晶を用い、いきなり
大きな単結晶を成長させようとすると、種結晶上で複数
の小さな単結晶が成長する。この為、複数の成長基点を
有する集合晶でかつ溶媒の巻き込みが多い結晶しか合成
出来なかった。この原因は従来の温度差法が図−1に示
す如く溶媒(2)と種結晶(3)の間に、溶解防止層(
4)を挿入し、溶媒の炭素濃度が過飽和になるまで、溶
解防止層が消失せず、種結晶の溶解を防止していた点に
ある。該方法の問題点を下記に示す。
α)大きな種結晶を用いる時、広い溶解防止層を用いる
為、消失が一様ではなく、いくつかの部分で溶媒と種結
晶が接触する。その各部分から、それぞれ結晶成長が起
こる為、集合晶の結晶しか得られない。
β)溶媒が過飽和の状態で種結晶と接する為、結晶成長
がすぐに起こる。この為種結晶上のステップや欠陥、ゴ
ミが包有され、それを起因として、溶媒の巻き込みが生
じ易い。
本発明では上記のα)β)の欠点を解消する為、下記の
方法(γ)が有効である事を見い出した。
(7)種結晶の表面を一度溶解させる事により、種結晶
上のステップや欠陥、ゴミを消失させ、清浄な成長面を
得る。さらに、徐々に未飽和→飽和→過飽和と炭素濃度
を上げて行く事により、溶解した種結晶表面全体から一
様に結晶成長させる方法。
又、上記方法を実施する手段としては、下記の2方法が
有効である事を見い出した。
■ 溶解防止層を用いず、あらかじめ溶媒中に飽和濃度
以下の炭素を含有させておき、溶媒が溶けるのと同時に
種結晶の表面を溶解させ、炭素源(第1図(1)参照)
から、炭素が拡散して来るのを利用して徐々に炭素濃度
を上げ、単結晶を成長させる手段。
この場合、あらかじめ含有させておく炭素濃度が極めて
重要で、上限は結晶成長させる条件下の飽和濃度の95
重量%で、下限は30重量%である事が判った。上限値
より高い濃度では、種結晶表面の溶解が実質点に生じな
い。又下限値より低い濃度では、種結晶が完全に溶解消
失する問題が生じた。さらに安定して結晶成長させるの
に好ましい濃度は50〜80重量%の濃度である事が判
明した。
■溶解防止層の換わりに、溶解調節層を用いる。
溶解調節層としてはPd、 Pt、 Rh、 Ir、 
Ru、 Osの一元素または、複数の元素よりなる金属
に5〜30重量%のNi又はCoを加えた金属層を用い
た。前者の金属は高融点金属でかつ炭化物を作らない点
が、本発明の目的に適している。高融点金属である必要
は、溶媒が溶ける温度以下で溶解しない為である。又、
溶解調節層が炭化物を作る場合には、種結晶表面に炭化
物が生成され、核発生する事がある為、本発明の目的に
適していない。
前者の金属だけであると、溶媒中の炭素が過飽和となる
まで溶解しないので、従来方法の欠点が生ずる。この為
、本発明では前者の金属にNi、 C。
の1種または2種の元素を加える事により溶媒中の炭素
が過飽和になる前に、溶解調節層が一様に溶け、前述の
目的を達成する事を見い出した。さらに、Ni、 Co
濃度が5〜30重量%の範囲にあるものが好ましい事も
見い出した0 当該値より小さな場合には、集合晶の結晶が成長し、大
きな場合には、種結晶が溶けると言う問題が生じた。又
、Ni、 Coの換わりにFeも同様な効果があるが、
合成条件下で炭化物を作成する場合ががあった。
次に前述(イ)の問題解決に関する本発明の詳細な説明
する。
第一図に示す如き従来方法では、単結晶の成長に伴い、
下記の様な問題点が生ずる為、2力ラツト以上で金属溶
媒を含まない良質な単結晶を得る事が難しかった。
α′)結晶成長と伴に、成長表面の温度が高温に移行す
る為、成長面が低次の面より高次の面に変化する。
成長面が変化すると金属溶媒の巻き込みを生じ易い。
β′)従来方法の溶媒形状では、結晶表面の炭素濃度が
均一ではなく、過飽和度に分布が生じ、成長し易い部分
と、し難い部分が生ずる。
成長し難い部分は、金属溶媒がとり込まれ易い。
本発明ではα′)の問題点を解決する為に、下記の方法
で効果がある事を見い出した。
■′種結晶面を(111)面とし、最大成長面が(11
1)面かつ、炭素の拡散方向と垂直になる様成長させる
■′結晶成長面の炭素濃度を均一にする為、中央部が外
周部に比較して20〜200%高いか、または高温側の
一部を球状にした溶媒を用いた。
■′の方法について説明する。
単結晶合成の圧力・温度条件による成長面の相違を第2
図に示す。第2図に示す様に、種結晶上の圧力・温度条
件2点A、Bから成長を開始すると成長面は次第に高温
側に移行し、A’、B’になる。
前者は成長面が(100)面→(111)面へ、後者は
(111)面→(110)面へ移行し、溶媒の巻き込み
が生じ易くなる。従って、点C→C′の如く、成長面が
常に(111)面である事が必要である。
又種結晶の面も重要である。第3図の如く種結晶(21
)を(100)面とした場合、結晶成長は(22)の如
く生ずる。この場合、炭素源(25)より拡散して来る
炭素(23)の過飽和度は、成長した結晶の先端で大き
くなる。この為中央部は成長が急速に進み、周辺部は成
長が遅くなる。この成長の差によって、溶媒が巻き込ま
れ易くなる。
一方第4図の如く、種結晶(31)を(111)面とす
ると、結晶成長は(32)の如く生ずる。この場合、拡
散して来る炭素(33)の方向と成長面は垂直となり、
過飽和度は成長表面で均一となり、溶媒の巻き込みは生
じ難くなる。
従来方法は、U S P −4,034,066col
umn 11上から41〜54行にかけて記載の如く、
(100)面を種結晶にした場合の有意性が強調され、
無機材研研究報告第20号(1979年)P9右欄6〜
8行に記載の如< (100)面を種結晶面に用いる事
が多かった。
本発明では、従来方法の主方法とは異なり、上述の如<
 (111)面を種結晶面に用いると効果が有る事を見
い出した。
次に■′の作用について説明する。
従来方法は、第1図の形状の溶媒(2)を用いていた。
この為第5図に示す如く、炭素濃度(等高線が同一濃度
部分を示す。)が、中央部Aでは低く、外周部Bでは高
いと言う現象が現われる。この為この中で[1)面を種
結晶面として、第4図の如く結晶成長させると、中央部
Aでは外周部Bに比較して過飽和度が低く、成長速度が
遅くなり中央部に溶媒の巻き込みが生じ易くなると言う
欠点があった。結晶が大きくなればなる程、中央部と周
辺部の濃度差が大きくなり、成長速度に増々大きな差が
生じて来る。この為、2力ラツト以上゛(直径6〜7 
mm)になると、急速に金属溶媒の巻き込みが生ずると
考えられる。
本発明ではかかる欠点を解決する為、第6図に示す如く
、溶媒中央部への溶媒高さHoに比較して、外周部Bの
溶媒高さHlが小さい溶媒を用いた。第5図、第6図は
有限要素法で計算した炭素濃度分布である。等高線が炭
素濃度を示す。又、軸対称である為、右側半分の断面図
のみ記載しである。
第6図より判る様に、本発明によって中心部Aと、外周
部Bの濃度差が殆どなくなっている。
本発明によって合成した単結晶は、直径811I11以
上の大型のものでも、不純物の巻き込みが生じなかった
さらに本発明の効果は、前述の溶媒高さの比H0/H,
が、2〜3の間で効果がある事が判明した。
、2以下では、前述の効果はなく、3以上では逆に中央
部が高く外周部が低くなると言う結果が得られた。又、
第6図の形状以外に溶媒と炭素源が接している部分を球
面にしたものでも同一の効果が得られた。又、球面の一
部又は曲面又は平面によって、構成される場合も同一結
果が得られた。
この場合重要なのは結晶成長時のH,/H,の比であり
、合成前のセット時の形状ではない。
さらに本発明を最も効果的に活用する方法として、下記
の改良を加える事により、溶媒と同一形状の断面を持っ
た直径3mm以上の大型単結晶の合成が可能となった。
■″種結晶の直径を溶媒直径の2以上とする。
■“溶媒種結晶側の形状を円錐台とし、該円錐台の小さ
い面積の方の円形表面に、種結晶を配置する。さらに該
円錐面と円形表面のなす角を5°〜45@以内にする。
本発明の■″■“を施した溶媒を第7図に示す。
種結晶(64)の直径(Ro)を、溶媒直径(R1)の
A以上にする事により、結晶直径がR1に達するまでに
巻き込まれる金属溶媒が減少した。これは第2図C−+
C′の条件下で合成していても、(113)等の高次の
面が時折り成長する。当該面の成長及び消失によって、
金属溶媒が巻き込まれ易くなる。
第7図のRo/R+を2以上にすると、R1に達するま
でに高次の面が出る確立は減少した。
又、円錐面の角度も、単結晶直径(R8)が溶媒直径(
R1)に達するまでの金属溶媒の巻き込みを減少させる
。特にRoz Rl付近で多量に溶媒を巻き込む事に対
して効果が有る。
以上本発明の作用について説明したが要約すると、下記
の如くなる。
(γ・)の種結晶を一度溶解させる発明により、大きな
種結晶から良質な結晶を成長させるのが可能になり、成
長時間を著しく低減する事が可能となった。
又、■′■′の(111)面の種結晶面を用い、中央部
が高い溶媒を用いる事により、良質な直径8mm以上の
単結晶合成が可能となった。
また本願を垂直に多数重ねた構造にすると同時に多数の
大型ダイヤモンドを得ることができる。
実施例 実施例1 第8図に示す様な本発明による溶媒を用いて、(111
)面が支配的なダイヤモンド安定領域で、溶媒中の炭素
添加量を変え、単結晶合成を行なった。
結果を第1表に示す。溶媒金属はFe−5ONiを用い
、圧力は5.8GPa、温度は1400℃で合成を行な
った。
合成に要した時間は144時間2種結晶は直径3aua
のものを用い、(111)面を成長面とした。
第     1     表 上表の如く、溶媒への炭素添加量は飽和濃度に対し、5
0〜80重量%が最適である事が判かった。
又実施例4に示す如き、他の溶媒種で同一の実験をした
所、同様な結果が得られた。
実施例2 第1図に示す様な従来方法による溶媒を用いて(111
)面が支配的なダイヤモンド安定領域で、種結晶の大き
さを変化させ、単結晶合成を行なった。
結果を下表に示す。溶媒金属はNiを用い、圧力は5.
8GPa、温度は1420℃で行なった。合成に要した
時間は72時間1種結晶は直径IIIIIIl〜4mm
のものを選び、(111)面を成長面とした。種結晶溶
解防止材としては、pt箔100μの厚さのものを用い
た。
又溶媒には炭素を添加していない。
第2表の如く、従来方法を用いると、直径2IIII1
1以上の種結晶では、良質のものが得られず、又、3m
m以上では集合晶となる事が判った。又、実施例4に示
す如き他の溶媒種で同一の実験をした所間様な結果が得
られた。
実施例3 第9図に示す如く、本発明による溶解調節層(83)を
用いて、(111)面が支配的なダイヤモンド安定領域
で、溶解調節FJ(Pd−Ni合金)のNi量を変え、
単結晶の合成実験を行なった。使用した溶媒(82)は
、Pa−5ONiを用い、合成圧力は5.8G Pa、
温度は1400℃であった。合成に要した時間は144
時間であった。
単結晶は直径3ma+のものを用い、(111)面を成
長面とした。結果を第3表に示す。
上表の如く、Ni添加量がPd合金に対し、5〜30重
量%の時に、直径8mm以上の大型単結晶が合成出来る
事が判った。さらにNiの換わりにCo及びCoN i
合金を添加しても、同様な結果が得られた。又Pdの換
わりにPt、 Rh、 Ir、 Ru、 Os  の−
元素もしくは複数の元素よりなる合金を用いても同様な
結果が得られた。
又pbの換わりにPt、 Rh、 Ir、 Ru、 O
sの一元素もしくは複数の元素よりなる合金を泪いても
同様な結果が得られた。
実施例4 第8図に示す様な本発明による溶媒を用いて、(100
)面を種結晶とした場合と、(111)面を種結晶上し
た場合とに分け、合成実験を行なった。
使用した溶媒は、Fe−708iである。溶媒にはあら
かじめ飽和濃度の80%の炭素を含有させておいた。種
結晶には、直径3mmのものをそれぞれ用いた。合成時
間は144時間であった。結果を第4表に示す。
第    4    表 上表の如く、(111)面を用いた方が良質な単結晶を
得られる事が判かった。又、他の溶媒種(Pe。
Ni、Co、 Mr、 Cr、 Ml、 Ti、 Nb
、 V及びこれらの合金)を用いても、同様な結果が得
られた。
実施例5 第8図に示す様な本発明による溶媒を用いて、溶媒中央
高さH,と、外周高さHlを変化させ合成した単結晶に
及ぼす影響を調べた。
結果を下表に示す。使用した溶媒はPa−3A1を用い
溶媒中にあらかじめ飽和濃度の80%の炭素を含有させ
ておいた。種結晶は、直径3mmのものを用い、成長面
は(111)面とした。合成条件は圧力5.8GPa、
温度は1410t:であった。合成に要した時間は14
4時間であった。
第5表の如く、溶媒高さ比(He/H+)が、、2〜3
の間に有る時、良質な単結−晶が合成される事が判明し
た。さらに実施例4に示すような他の溶媒種について実
験したが、同様な結果が得られた。
又、溶媒(72)と、炭素源(71)が接する部分を、
球形又は曲面にしても同一の結果が得られた。又、溶媒
を半球状にしても、同様な結果が得られた。
実施例6 第7図に示す様な本発明による溶媒を用いて、溶媒外径
R,と種結晶外径R0の比を変化させ、単結晶合成に及
ぼす影蕾を調べた。溶媒外径R1は8IIIffiとし
、又、円錐面の角度Aは30” とした。
Pa−5ONi合金を用いた。溶媒中には、あらかじめ
飽和濃度の80%の炭素を含有させておいた。種結晶は
(111)面が成長面となる様に配置し、外径R0を、
6〜8IDII+まで下表の如く変化させた。合成条件
は圧力5.8G Pa、温度は1400℃とし、約1週
間掛けて成長させた。結果を第6表に示す。
第6表 上表の如く、溶媒と種結晶の外径比R,/R,が′/1
4〜1の間では、良質な単結晶が得られる事が判明した
実施例4に記載の他の溶媒種に付いて、同一の実験を行
なったが、同様な結果が得られた。又、合成出来たダイ
ヤの断面と溶媒断面の形状は同一であった。
実施例7 第7図に示す様な本発明による溶媒を用いて、溶媒低部
(穂側)円錐面と円錐台上面B(種結晶と接する面)の
なす角度Aを変化させ、合成に及ぼす影響を調べた。溶
媒はPa−3Affを用い、外径R3は8+nmとし、
円錐台上面Bの直径を4m+nとした。溶媒中にはあら
かじめ、飽和濃度の80%の炭素を含有させておいた。
種結晶は直径R0が4mmのものを用い、(111)面
が成長面となる様に配置した。合成条件は圧力5.8G
 Pa、温度は1410℃とし、約1週間掛けて成長さ
せた。結果を第7表に示す。
第      7      表 上表の如く、円錐面と種結晶面のなす角Aは5゜≦A≦
45°の中にある場合、良質な単結晶が得られる。
又実施例4に示す如く、他の溶媒種について、同一の実
験を行なったが、同様な結果が得られた。
又、合成出来たダイヤの断面と、溶媒断面の断面は同一
であった。
〔発明の効果〕
以上説明した様に(111)面の種結晶面を用い、さら
に中央部が高い溶媒を用いる事で、単結晶表面の、成長
速度が均一となり、溶媒金属の巻き込みの無い良質な直
径3mm以上の単結晶を合成可能になった。又、直径3
mm以上の種結晶表面を一度溶解し、再成長させる事に
より良質な大型単結晶が短時間で合成可能となった。こ
れにより従来方法に比較して成長時間が各以下となり、
コスト低減に大きな効果が有る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の合成方法を示す。1は炭素源、2は溶媒
、3は種結晶、4は種結晶溶解防止層、5はヒーター、
ΔTは温度差を示す。 第2図はダイヤモンドの各面の成長圧力温度領域を示す
。11はダイヤモンド黒鉛安定境界線、12は溶薯イ素
共晶温度線、13は(100)面戊長領域、14は(1
10)面戊長領域、15は(111)面成長領域をそれ
ぞれ示す。 第3図は従来の合成方法で(100)面を種面に用いた
時の初期の結晶成長状態を示す。21は種結晶(100
)面、22は成長した単結晶、23は炭素の拡散方向、
24は溶媒、25は炭素源を示す。 第4図は従来の合成方法で(111)面を種面に用い3
2は成長した単結晶、33は炭素の拡散方向、34はは
溶媒、35は炭素源を示す。 第5図は有限要素法で計算した従来方法の炭素濃度を示
す。41は炭素源、42は溶媒、43は種結晶、44は
等濃度線を示す。又Aは中央部、Bは外周部を示す。 第6図は有限要素法で計算した本発明による合成方法の
炭素濃度を示す。51は炭素源、52は溶媒、53は種
結晶、54は等濃度線、Aは中央部、Bは外周部、Ho
は中央部溶媒高さ、H3は外周部溶媒高さをそれぞれ示
す。 第7図は本発明による合成方法を示す。61は炭素源、
62は溶媒、63は円錐面、64は種結晶、65及び第
8図は本発明によ、る合成方法を示す。71は炭素源、
72は溶媒、73は種結晶、Hoは溶媒中央部高さ、H
,は溶媒外周部高さをそれぞれ示す。 第9図は本発明による合成方法を示す。81は炭素源、
82は溶媒、83は溶解調節層、84は種結晶を示す。 代理人 弁理士  上代口切、)、;、、、、’゛ハ 第1図 第2図 1崖 第3図       第4図 茅5図 第6図 弗7図 手続補正書 、事件の表示 昭和62年 特許願 第112862号2、発明の名称 大型ダイヤモンドの合成方法 3、補正をする者 事件との関係   特 許 出 願 人任  所   
大阪市東区北浜5丁目15番地名 称(213)住友電
気工業株式会社社長 用上哲部 4、代理人 住  所   大阪市此花区島屋1丁目1番3号住友電
気工業株式会社内 6、補正の対象 明細書中、特許請求の範囲の欄および発明の詳細な説明
の欄。 7、補正の内容 (1)明細書中、特許請求の範囲を別紙の通り補正する
。 C)明細書第8頁第4行目の「50〜80重量%」を「
50〜95重M%」と訂正する。 (3)明細書m16頁第1表を以下のように訂正する。 」 (4)明細書第16頁第1表から下2行目の口50〜8
0重量%」を「50〜95重量%」 と訂正する。 特許請求の範囲 「(1)温度差法を用いて、ダイヤモンドを合成する方
法において、直径3 arm以上の種結晶の(111)
面を成長面として用い、該成長面をダイヤモンド安定領
域下で全面を一度溶解した後、結晶成長を開始させ、さ
らに合成時の炭素源と接触する側の溶媒形状が、平面も
しくは曲面で構成される凸形状を有する溶媒を用い、(
111)面が支配的な圧力温度条件下で成長させる事を
特徴とする直径8mm以上の大型ダイヤモンドの合成方
法。 (2)上記種結晶の成長面を溶かすのに該成長条件にお
ける炭素飽和濃度の30〜95重量%の炭素をあらかじ
め含有した溶媒を用いる事を特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載の大型ダイヤモンドの合成方法。 (3)上記凸形状を有する溶媒の中央部が外周部より2
0〜200%厚いか又は炭素源との接触部が球形である
事を特徴とする特許請求の範囲第(1)または(2)項
記載の大型ダイヤモンドの合成方法。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)温度差法を用いて、ダイヤモンドを合成する方法
    において、直径3mm以上の種結晶の(111)面を成
    長面として用い、該成長面をダイヤモンド安定領域下で
    全面を一度溶解した後、結晶成長を開始させ、さらに合
    成時の炭素源と接触する側の溶媒形状が、平面もしくは
    曲面で構成される凸形状を有する溶媒を用い、(111
    )面が支配的な圧力温度条件下で成長させる事を特徴と
    する直径8mm以上の大型ダイヤモンドの合成方法。
  2. (2)上記種結晶の成長面を溶かすのに該成長条件にお
    ける炭素飽和濃度の50〜80重量%の炭素をあらかじ
    め含有した溶媒を用いる事を特徴とする特許請求の範囲
    第(1)項記載の大型ダイヤモンドの合成方法。
  3. (3)上記種結晶の成長面を溶かすのに、Pd、Pt、
    Rb、Ir、Ru、Osの一元素又は、複数の元素より
    なる金属に、5〜30重量%のNi又はCoを加えた合
    金属を種結晶と溶媒の間に挿入する事を特徴とする特許
    請求の範囲第(1)項記載の大型ダイヤモンドの合成方
    法。
  4. (4)上記凸形状を有する溶媒の中央部が外周部より2
    0〜200%厚いか又は炭素源との接触部が球形である
    事を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の大型ダ
    イヤモンドの合成方法。
  5. (5)上記種結晶として、溶媒直径の1/4以上の直径
    を有する種結晶を用い、溶媒の種結晶側が円錐台であり
    、小さい方の円形表面に種結晶を配置させ、該円錐台の
    円錐面と、前記円形表面のなす角度が5〜45°である
    溶媒を用いる事により、ダイヤモンド断面形状と、溶媒
    断面形状が同一である事を特徴とする特許請求の範囲(
    1)項記載の大型ダイヤモンドの合成方法。
JP62112862A 1987-05-08 1987-05-08 大型ダイヤモンドの合成方法 Expired - Lifetime JPH0779958B2 (ja)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62112862A JPH0779958B2 (ja) 1987-05-08 1987-05-08 大型ダイヤモンドの合成方法
ZA883150A ZA883150B (en) 1987-05-08 1988-05-03 Process for synthesizing large diamond
KR1019880005169A KR900003322B1 (ko) 1987-05-08 1988-05-04 대형다이어몬드의 합성방법
DE8888107340T DE3860513D1 (de) 1987-05-08 1988-05-06 Herstellungsverfahren eines grossen diamantes.
EP88107340A EP0290044B1 (en) 1987-05-08 1988-05-06 Process for synthesizing a large diamond
IE137288A IE61745B1 (en) 1987-05-08 1988-05-06 Process for synthesizing large diamond
CN88103598A CN1014693B (zh) 1987-05-08 1988-05-07 合成大尺寸金刚石的方法
US07/192,046 US4836881A (en) 1987-05-08 1988-05-09 Process for synthesizing large diamond

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62112862A JPH0779958B2 (ja) 1987-05-08 1987-05-08 大型ダイヤモンドの合成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63278544A true JPS63278544A (ja) 1988-11-16
JPH0779958B2 JPH0779958B2 (ja) 1995-08-30

Family

ID=14597389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62112862A Expired - Lifetime JPH0779958B2 (ja) 1987-05-08 1987-05-08 大型ダイヤモンドの合成方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US4836881A (ja)
EP (1) EP0290044B1 (ja)
JP (1) JPH0779958B2 (ja)
KR (1) KR900003322B1 (ja)
CN (1) CN1014693B (ja)
DE (1) DE3860513D1 (ja)
IE (1) IE61745B1 (ja)
ZA (1) ZA883150B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012515079A (ja) * 2009-01-16 2012-07-05 エレメント シックス リミテッド 単結晶ダイヤモンドを製造するための高圧高温(hpht)方法

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03505861A (ja) * 1988-06-03 1991-12-19 マサチューセッツ・インステチュート・オブ・テクノロジー ダイヤモンド上の二酸化ケイ素フィルム
JPH03278463A (ja) * 1990-03-27 1991-12-10 Canon Inc ショットキーダイオードの形成方法
CA2044543C (en) * 1990-08-10 1999-12-14 Louis Kimball Bigelow Multi-layer superhard film structure
AU647941B2 (en) * 1991-07-12 1994-03-31 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Diamond synthesis
US5370299A (en) * 1992-04-23 1994-12-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Bonding tool having diamond head and method of manufacturing the same
US5437243A (en) * 1992-07-01 1995-08-01 Pike-Biegunski; Maciej J. Process for fabricating diamond by supercritical electrical current
US5731046A (en) * 1994-01-18 1998-03-24 Qqc, Inc. Fabrication of diamond and diamond-like carbon coatings
US5554415A (en) * 1994-01-18 1996-09-10 Qqc, Inc. Substrate coating techniques, including fabricating materials on a surface of a substrate
US5620754A (en) * 1994-01-21 1997-04-15 Qqc, Inc. Method of treating and coating substrates
DE69503285T2 (de) * 1994-04-07 1998-11-05 Sumitomo Electric Industries Diamantwafer und Verfahren zur Herstellung eines Diamantwafers
EP0684106B1 (en) 1994-05-23 2000-04-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method to produce a hard material coated wafer
DE69508679T2 (de) * 1994-06-09 1999-08-12 Sumitomo Electric Industries Wafer und Verfahren zur Herstellung eines Wafers
JP4291886B2 (ja) * 1994-12-05 2009-07-08 住友電気工業株式会社 低欠陥ダイヤモンド単結晶及びその合成方法
US6887144B2 (en) 1996-11-12 2005-05-03 Diamond Innovations, Inc. Surface impurity-enriched diamond and method of making
DE19704482A1 (de) * 1997-02-06 1998-08-13 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von halogenfreiem, reaktivem Polyisobuten
EP1704033A4 (en) * 2004-01-13 2009-04-22 Chien-Min Sung HIGH PRESSURE CRYSTAL STRETCHING APPARATUS AND ASSOCIATED METHODS
US7128547B2 (en) * 2004-01-13 2006-10-31 Chien-Min Sung High pressure split die and associated methods
US8454714B2 (en) 2004-03-01 2013-06-04 Chien-Min Sung Diamond growth devices and methods
WO2007066215A2 (en) * 2005-12-09 2007-06-14 Element Six Technologies (Pty) Ltd High crystalline quality synthetic diamond
US7435296B1 (en) * 2006-04-18 2008-10-14 Chien-Min Sung Diamond bodies grown on SiC substrates and associated methods
GB0704516D0 (en) * 2007-03-08 2007-04-18 Element Six Ltd Diamond
GB201000768D0 (en) * 2010-01-18 2010-03-03 Element Six Ltd CVD single crystal diamond material
US9238875B2 (en) 2011-02-01 2016-01-19 Sunset Peak International Limited Multilayer structure for a diamond growth and a method of providing the same
US20120312227A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Gemesis Diamond Company Multi-heater system for growing high quality diamond and a method for growing the same
CN104190324B (zh) * 2014-07-31 2016-04-13 红安安达新材料有限责任公司 超大腔体金刚石合成装置
CN111321466A (zh) * 2020-03-25 2020-06-23 武汉大学 大尺寸单晶金刚石生长方法及生长用复合基底
CN112064120B (zh) * 2020-08-13 2021-09-03 中南钻石有限公司 一种大尺寸培育金刚石用籽晶及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4832518A (ja) * 1971-08-30 1973-04-28
US4082185A (en) * 1973-11-02 1978-04-04 General Electric Company Manufacture of diamond products
US4034066A (en) * 1973-11-02 1977-07-05 General Electric Company Method and high pressure reaction vessel for quality control of diamond growth on diamond seed
JPS5669211A (en) * 1979-11-01 1981-06-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Preparation of diamond
JPS587989A (ja) * 1981-07-06 1983-01-17 Nec Corp 固体撮像素子およびこれを用いたレジストレ−ション調整方法
US4617181A (en) * 1983-07-01 1986-10-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Synthetic diamond heat sink
US4632817A (en) * 1984-04-04 1986-12-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of synthesizing diamond
US4547257A (en) * 1984-09-25 1985-10-15 Showa Denko Kabushiki Kaisha Method for growing diamond crystals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012515079A (ja) * 2009-01-16 2012-07-05 エレメント シックス リミテッド 単結晶ダイヤモンドを製造するための高圧高温(hpht)方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR900003322B1 (ko) 1990-05-14
ZA883150B (en) 1990-01-31
CN1014693B (zh) 1991-11-13
IE881372L (en) 1988-11-08
EP0290044A1 (en) 1988-11-09
US4836881A (en) 1989-06-06
KR880014143A (ko) 1988-12-23
CN88103598A (zh) 1988-12-07
IE61745B1 (en) 1994-11-30
JPH0779958B2 (ja) 1995-08-30
EP0290044B1 (en) 1990-08-29
DE3860513D1 (de) 1990-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS63278544A (ja) 大型ダイヤモンドの合成方法
KR100216619B1 (ko) 다이아몬드 합성법
TW200836267A (en) Silicon wafer with controlled distribution of embryos that become oxygen precipitates by succeeding annealing and its manufacturing method
TWI445849B (zh) 藍寶石種子及其製造方法以及藍寶石單結晶的製造方法
JPH062636B2 (ja) 半導体棒のルツボなしゾーン引上げ法および該方法を実施するための誘導加熱コイル
JP2012140285A (ja) シリコン単結晶インゴットの製造方法
JP2678214B2 (ja) 大型ダイヤモンドの合成方法
JP7078933B2 (ja) 鉄ガリウム合金単結晶育成用種結晶
JPS6220847A (ja) 微細結晶粒を有する金属材料とその製造方法
JPS6169931A (ja) 化学反応による金属間化合物のアモルフアス化方法
JPH06165929A (ja) ダイヤモンド単結晶の合成方法
WO1997036025A1 (fr) Procede de production de silicium monocristallin
JP2004175620A (ja) 単結晶の製造方法
JP2001007116A (ja) 結晶格子欠陥を有する半導体ディスク及びその製造法
JP2004172564A (ja) アニールウェーハ及びその製造方法
JPS60195016A (ja) 金属けい素の精製法
JPS6086014A (ja) ダイヤモンドの合成方法
JPS5921594A (ja) ルツボ
JP2961115B2 (ja) 圧電性結晶の製造方法
JP4807130B2 (ja) シリコン単結晶の引上げ方法
JPH05138000A (ja) ダイヤモンド単結晶の合成方法
JPH05124897A (ja) LiTaO3単結晶材料
JPH05137999A (ja) ダイヤモンド単結晶の合成方法
KR101677539B1 (ko) 파라세타몰 결정의 제조방법
JPH03217225A (ja) 大型ダイヤモンド単結晶の合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070830

Year of fee payment: 12