JPS63288991A - ダイヤモンドの気相合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの気相合成法Info
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Landscapes
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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〕
本発明は、基板上に低湿でダイヤモンドの薄膜を気相合
成する方法に関する。
成する方法に関する。
ダイヤモンドの合成は超高圧装置を用いて炭素から粒状
のものが工業的に実施されているが、最近では気相合成
法が数多く提案され、限定された条件の下では基板上に
ダイヤモンドの薄膜を形成でさることが確認されている
。
のものが工業的に実施されているが、最近では気相合成
法が数多く提案され、限定された条件の下では基板上に
ダイヤモンドの薄膜を形成でさることが確認されている
。
か＼るダイヤモンドの気相合成法は、メタン等の炭化水
素と水素の混合ガスをマイクロ波プラズマ又は紫外レー
ザ光で励起して分解析出させるプラズマＯＶＤ法又は光
ＣＶＤ法と、炭素イオンを直接基板にあてるイオンビー
ム法とに大別されるが、これらの気相合成法においてど
のような機構でダイヤモンドが生成されるのか明らかに
なっていない。
素と水素の混合ガスをマイクロ波プラズマ又は紫外レー
ザ光で励起して分解析出させるプラズマＯＶＤ法又は光
ＣＶＤ法と、炭素イオンを直接基板にあてるイオンビー
ム法とに大別されるが、これらの気相合成法においてど
のような機構でダイヤモンドが生成されるのか明らかに
なっていない。
しかし、ＣＶＤ法でもイオンビーム法でも従来提案され
た気相合成法では、合成条件や基板を厳しく限定し管理
しなければ、ダイヤモンドを安定して基板上に形成する
ことがでさない。
た気相合成法では、合成条件や基板を厳しく限定し管理
しなければ、ダイヤモンドを安定して基板上に形成する
ことがでさない。
又、従来の気相合成法では基板を７０００以上の温度に
保持する必要があったので、基板として使用できる材料
がダイヤモンド等の特殊な材料に限定されていた。一般
的な金属材料も、例えば鋼の焼鈍温度が６００Ｃ以下で
あることからも解るように、基板として使用することが
難しく、ましてプラスチック等の有機材料を基板に、す
ることは全く不可能であった。
保持する必要があったので、基板として使用できる材料
がダイヤモンド等の特殊な材料に限定されていた。一般
的な金属材料も、例えば鋼の焼鈍温度が６００Ｃ以下で
あることからも解るように、基板として使用することが
難しく、ましてプラスチック等の有機材料を基板に、す
ることは全く不可能であった。
本発明は、かかる従来の事情に鑑み、金属などの一般的
な材料の基板を使用できるように低い温度で、しかも常
に安定してダイヤモンドの薄膜を形成でさる簡単な気相
合成法を提供することを目的とする。
な材料の基板を使用できるように低い温度で、しかも常
に安定してダイヤモンドの薄膜を形成でさる簡単な気相
合成法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕゛
本発明のダイヤモンドの気相合成法は、光ａＶＤ法を利
用して、炭化水素と水素の混合原料ガスに紫外レーザ光
を照射して基板上にダイヤモンドの薄膜を形成する際に
、原料ガス中での紫外レーザ光の１パルス当りエネルギ
ー密度を５０ ｍｊ／ｅ以上にすることを特徴とするも
のである。
用して、炭化水素と水素の混合原料ガスに紫外レーザ光
を照射して基板上にダイヤモンドの薄膜を形成する際に
、原料ガス中での紫外レーザ光の１パルス当りエネルギ
ー密度を５０ ｍｊ／ｅ以上にすることを特徴とするも
のである。
通常の紫外レーザ光を１パルス当りのエネルギー密度が
５０ ｍｊ、イ瀞以上にするためには、レンズで集光し
たり、又は多数の紫外レーザ光源からの紫外レーザ光を
集中する方法が簡単であるが、特別に大出力の紫外レー
ザ装置を用いてもよい。
５０ ｍｊ、イ瀞以上にするためには、レンズで集光し
たり、又は多数の紫外レーザ光源からの紫外レーザ光を
集中する方法が簡単であるが、特別に大出力の紫外レー
ザ装置を用いてもよい。
原料ガスである炭化水素は紫外レーザ光を吸収して分解
するものであればよく、メタン、エタン、エチレン、ア
セチレン等が好ましい。特に、アセチレンはＡｒＦレー
ザの発振する１９３ ｎｍの紫外レーザ光を吸収して分
解しや丁く、又Ｆ２レーザの発振する１５７ ｎｍの紫
外レーザ光ではアセチレンの他にメタン、エタン、エチ
レン等も分解しや丁く好ましい。
するものであればよく、メタン、エタン、エチレン、ア
セチレン等が好ましい。特に、アセチレンはＡｒＦレー
ザの発振する１９３ ｎｍの紫外レーザ光を吸収して分
解しや丁く、又Ｆ２レーザの発振する１５７ ｎｍの紫
外レーザ光ではアセチレンの他にメタン、エタン、エチ
レン等も分解しや丁く好ましい。
本発明においては、原料ガスに紫外レーザ光をそのエネ
ルギー密度を１パルス当り５０ ｍｊ廓以上として照射
することによって、１つの光子により分解された生成物
が更に１つの光子により何らかの反応をおこ丁多光子効
果が誘起され、強い励起状態のもとにダイヤモンドの薄
膜が確実に析出する。従って、紫外レーザ光のエネルギ
ー密度が１パルス当り５０ ｍｊ膚未満の場合にはグラ
ファイトやダイヤモンド状炭素の薄膜しか析出しない。
ルギー密度を１パルス当り５０ ｍｊ廓以上として照射
することによって、１つの光子により分解された生成物
が更に１つの光子により何らかの反応をおこ丁多光子効
果が誘起され、強い励起状態のもとにダイヤモンドの薄
膜が確実に析出する。従って、紫外レーザ光のエネルギ
ー密度が１パルス当り５０ ｍｊ膚未満の場合にはグラ
ファイトやダイヤモンド状炭素の薄膜しか析出しない。
良質のダイヤモンドを析出させる為には、原料ガス中の
炭化水素の水素に対する比を１７９未満とすることが好
ましく、この比以上に炭化水素が多くなると析出するダ
イヤモンド中にグラファイトが混入しや丁くなる。
炭化水素の水素に対する比を１７９未満とすることが好
ましく、この比以上に炭化水素が多くなると析出するダ
イヤモンド中にグラファイトが混入しや丁くなる。
又、本発明においては特に基板の温度制御が簡単であり
、基板温度が４５０ Ｃ以下であっても又、条件によっ
ては室温であっても、ダイヤモンドの合成が可能である
。
、基板温度が４５０ Ｃ以下であっても又、条件によっ
ては室温であっても、ダイヤモンドの合成が可能である
。
実施例１
光ＣＶＤ法装置内にダイヤモンド粉末（４００メツシユ
）で傷つけた８１基板を配置し、９９．９９％のＣＨと
９９．９９９９％のＨを２：９８の比で混合して導入し
、圧力２０ ｔｏｒｒ及び基板温度４００Ｃの条件で、
ＡｒＦのエキシマレーザ−から１０Ｘ２０１１１１１の
矩形で波長１９３ ｎｍ及びパルス周期２００ Ｈｚの
紫外レーザ光を発振させた。紫外レーザ光を焦点距離８
０偏の凸レンズで焦点のビーム形状を長径４關の矩形に
集光し、その焦点に８１基板を配置するようにして原料
ガスに照射した。このとさ、焦点での紫外レーザ光の１
パルス当りエネルギー密度は約４００ｍｊ／ｃｍであっ
た。
）で傷つけた８１基板を配置し、９９．９９％のＣＨと
９９．９９９９％のＨを２：９８の比で混合して導入し
、圧力２０ ｔｏｒｒ及び基板温度４００Ｃの条件で、
ＡｒＦのエキシマレーザ−から１０Ｘ２０１１１１１の
矩形で波長１９３ ｎｍ及びパルス周期２００ Ｈｚの
紫外レーザ光を発振させた。紫外レーザ光を焦点距離８
０偏の凸レンズで焦点のビーム形状を長径４關の矩形に
集光し、その焦点に８１基板を配置するようにして原料
ガスに照射した。このとさ、焦点での紫外レーザ光の１
パルス当りエネルギー密度は約４００ｍｊ／ｃｍであっ
た。
８１基板上には１μｍ／ｈｒの速度で薄膜が形成され、
この薄膜は電子線回折によりダイヤモンドであることが
確認でさた。
この薄膜は電子線回折によりダイヤモンドであることが
確認でさた。
実施例２
実施例１と同様にして、原料ガスの組成を変化させて基
板上に薄膜を形成した。但し、基板はダイヤモンド粉末
（”１５００メツシユ）で傷つけた８１基板を用い、基
板温度５００ Ｃ及び圧力２０ ｔｏｒｒ 、並びにレ
ーザ光の１パルス当りエネルギー密度２００２ ′ ｍｊ廓で成膜した。
板上に薄膜を形成した。但し、基板はダイヤモンド粉末
（”１５００メツシユ）で傷つけた８１基板を用い、基
板温度５００ Ｃ及び圧力２０ ｔｏｒｒ 、並びにレ
ーザ光の１パルス当りエネルギー密度２００２ ′ ｍｊ廓で成膜した。
下記第１表に原料ガスの組成と共に、薄膜物質及びその
膜厚を要約して示した。
膜厚を要約して示した。
第 １ 表
０ ％ な し ００．５〃
ダイヤモンド ０．０１１ ｔｔ
Ｏ，３２ｔｔ
Ｏ，７５〃０．８ １０ 〃 タイヤモンドトク°ラファイト１．０１
５ 〃 グラファイト ２．０２０ ｕ
２．０５０ ／／
４．０実施例３ レンズによる集光状態及びレーザ出力を調整することに
より紫外レーザ光のエネルギー密度を変化させ、基板温
度を５０００とした以外は実施例１と同様にして８１基
板上に薄膜を形成した。
ダイヤモンド ０．０１１ ｔｔ
Ｏ，３２ｔｔ
Ｏ，７５〃０．８ １０ 〃 タイヤモンドトク°ラファイト１．０１
５ 〃 グラファイト ２．０２０ ｕ
２．０５０ ／／
４．０実施例３ レンズによる集光状態及びレーザ出力を調整することに
より紫外レーザ光のエネルギー密度を変化させ、基板温
度を５０００とした以外は実施例１と同様にして８１基
板上に薄膜を形成した。
照射した紫外レーザ光の１パルス当りエネルギー密度と
基板上に形成された薄膜物質を第２表に示した。
基板上に形成された薄膜物質を第２表に示した。
第 ２ 表
ＯｍｊＡｙｒｎ なし
１０ 〃 ダイヤモンド状炭素３０ 〃
グラファイト ５０〃 ダイヤモンド １００ 〃 １０００ ｔｔ 実施例４ 紫外レーザ光の１パルス当りエネルギー密度を１ ｊ声
とし且つ基板温度を変化させたこと以外は実施・例１と
同様にして８１基板上に薄膜を形成させた。
グラファイト ５０〃 ダイヤモンド １００ 〃 １０００ ｔｔ 実施例４ 紫外レーザ光の１パルス当りエネルギー密度を１ ｊ声
とし且つ基板温度を変化させたこと以外は実施・例１と
同様にして８１基板上に薄膜を形成させた。
第３表に基板温度と基板上に形成された薄膜物質を示し
た。
た。
第 ３ 表
３０ Ｃタイヤモンドトタイヤモント態素１００〃
ダイヤモンド ２００／／ ｐ ７００Ｃダイヤモンド １０００／／ 〃 実施例５ Ｆ レーザから発振した波長１５７ ｎｍ及びパルス周
期２００ Ｈｚの紫外レーザ光をレンズで集光し１パル
ス当りエネルギー密度１５０ ｍｊ声 として、ＣＨ：
Ｈの比５：９５の原料ガスに照射した以外は実施例１と
同様にして、ＭＯ基板上に膜厚が１μｍのダイヤモンド
の薄膜を形成することができた。
ダイヤモンド ２００／／ ｐ ７００Ｃダイヤモンド １０００／／ 〃 実施例５ Ｆ レーザから発振した波長１５７ ｎｍ及びパルス周
期２００ Ｈｚの紫外レーザ光をレンズで集光し１パル
ス当りエネルギー密度１５０ ｍｊ声 として、ＣＨ：
Ｈの比５：９５の原料ガスに照射した以外は実施例１と
同様にして、ＭＯ基板上に膜厚が１μｍのダイヤモンド
の薄膜を形成することができた。
〔発明の効果〕
本発明のダイヤモンドの気相合成法によれば、基板温度
が４５０ Ｃ以下と低い温度で良く、従って金属や半導
体などの一般的な材料の基板上にもダイヤモンド薄膜を
簡単に形成することができる。
が４５０ Ｃ以下と低い温度で良く、従って金属や半導
体などの一般的な材料の基板上にもダイヤモンド薄膜を
簡単に形成することができる。
Claims (3)
- （１）光ＣＶＤ法により、炭化水素と水素の混合原料ガ
スに紫外レーザ光を照射して基板上にダイヤモンドの薄
膜を形成する方法において、原料ガス中における紫外レ
ーザ光の１パルス当りエネルギー密度を５０ｍｊ／ｃｍ
＾２以上にすることを特徴とするダイヤモンドの気相合
成法。 - （２）基板の温度が４５０℃以下であることを特徴とす
る、特許請求の範囲（１）項記載のダイヤモンドの気相
合成法。 - （３）炭化水素の水素に対する比が１／９未満であるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲（１）項又は（２）項
記載のダイヤモンドの気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12298887A JPS63288991A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12298887A JPS63288991A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63288991A true JPS63288991A (ja) | 1988-11-25 |
Family
ID=14849512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12298887A Pending JPS63288991A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63288991A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5107315A (en) * | 1990-03-13 | 1992-04-21 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Mis type diamond field-effect transistor with a diamond insulator undercoat |
| US5346729A (en) * | 1993-05-17 | 1994-09-13 | Midwest Research Institute | Solar-induced chemical vapor deposition of diamond-type carbon films |
| US5387443A (en) * | 1992-07-09 | 1995-02-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Laser CVD method for synthesizing diamond |
| EP0752018A1 (en) * | 1994-05-12 | 1997-01-08 | Qqc, Inc. | Surface treatment techniques |
| CN1047408C (zh) * | 1995-09-11 | 1999-12-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种激光化学气相沉积金刚石膜的方法 |
| US6203865B1 (en) * | 1998-07-20 | 2001-03-20 | Qqc, Inc. | Laser approaches for diamond synthesis |
| CN100337310C (zh) * | 2002-12-27 | 2007-09-12 | 住友电气工业株式会社 | 低电阻率n－型半导体金刚石及其制备方法 |
-
1987
- 1987-05-20 JP JP12298887A patent/JPS63288991A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1994026424A1 (en) * | 1993-05-17 | 1994-11-24 | Midwest Research Institute | Solar-induced chemical vapor deposition of diamond-type carbon films |
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