JPS63288996A - 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り、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、
半導体的特性などを生かし、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ものである。

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（たとえばジャパニーズジャーナルオブアプ
ライド　フィリップス（Ｊ　Ｊ　Ａ　Ｐ　）　２１　Ｌ
　１８３（１９８２））、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１００
０℃程度の高温が必要であり、高温下での合成である。

このように、いまだ、ダイヤモンドの合成は高温高圧ま
た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の上に凝縮させる
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３図に上記の高速粒子を照射しつつ炭素を基板上に凝
縮させるダイヤモンド製造方法の原理図を示す。シリコ
ンからなる基板１を通常の真空治具材料、タンタルＴａ
、モリブデンＭ。、アルミナＡ　９．２０．などの材料
で構成された基板保持器２に固定し、高速粒子３の飛来
方向とほぼ平行に配置する。この基板１にほぼ対面して
グラファイトなどの炭素からなるターゲット４を配置し
、高速粒子３をこのターゲット４に衝突させ、衝撃で炭
素原子５を放出させる。すると、このスパッタ現象で放
出された炭素原子５は基板１に飛来し、基板１の表面で
ダイヤモンド構造やグラファイト構造をもつ炭素膜とし
て成長する。この際、基板１の表面に高速粒子３を照射
しておくと、高速粒子３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。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような従来のダイヤモンド構造方法におい
ては、基板１の傾きにより得られるダイヤモンドの特性
が大きく変わり、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３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。さらに、基板１の側面と基板保持器２が
スパッタされてこれらが不純物となるため、ダイヤモン
ドの形成を妨げ再現性を乏しくしているという問題があ
った。

本発明は上記問題点を解決するものであり、再現性よく
、速い形成速度でダイヤモンドを形成できるダイヤモン
ドの製造方法を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は、少なくとも一部の
表面が鉄族元素を含む材料にて構成された基板保持器に
基板を固定し、前記基板の表面および基板保持器の曲記
一部の表面に高速粒子を照射しつつ、前記基板の表面に
炭素を供給し、前記基板の表面に炭素を凝縮させるもの
である。

作用 上記方法によって、基板の表面および基板保持器の鉄族
元素で構成された少なくとも一部の表面に高速粒子を照
射しつつ、基板の表面に炭素を供給することにより、再
現性よく安定し、かつ形成速度も速くダイヤモンドが形
成される。これは、供給される炭素が凝縮して固体とな
るときに高速粒子が照射されることにより高速粒子が衝
突した部分がそのｔｉ撃によって局所的に高温高圧とな
り基板上にダイヤモンドとして形成されると考えられ、
また高速粒子によりスパッタされた基板保持器の少なく
とも一部の表面を構成する鉄族元素がダイヤモンドの結
晶成長に一種の触媒的役割を果たすためと考えられる。

実施例 以下、本発明のダイヤモンドの製造方法を図面に基づい
て説明する。

第１図は本発明のダイヤモンドの製造方法の実施に使用
した装置の概略構成図である。第１図において、１１は
イオンビームスパッタ装置であり、真空ポンプ（図示せ
ず）に接続された排気口１２を有するチャンバー１３の
内部に、イオンソース１４より水素Ｈ２とアルゴンＡ、
、の混合イオンビームａを照射する。チャンバー１３の
内部には、グラファイト板のターゲット１５とシリコン
単結晶からなる基板１７が設けられており、基板１７は
ニッケル板を加工し基板１７の厚さく０．５−）分だけ
掘り込んだ基板保持器１６に挿入し固定されている。前
記イオンビームａはターゲット１５には３０度程度の角
度で、基板１７の表面にはほぼ平行で照射される。上記
のように基板１７の表面は基板保持器１６に凹凸なく連
らなるように配置され、基板１７の側面には混合イオン
ビームａが照射されないようにしている。

次に上記装置におけるダイヤモンドの製造方法について
説明する。チャンバー１３の内部を１０−４〜１０””
Ｔｏｒｒの圧力とし、混合イオンビームａをターゲット
１５と基板保持器１６と基板１７に１２００ｅ　Ｖ程度
のエネルギーで照射すると、第２図に示すように混合イ
オンビームａの高速粒子１８がターゲット１５に衝突し
、その衝撃で炭素原子１９が飛び出し、基板１７の表面
に凝縮する。すなわち、ターゲット１５がスパッタされ
て炭素原子１９が飛び出し、基板１７の表面にダイヤモ
ンドの膜が形成される。結果として、基板１７の表面に
対する高速粒子１８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。ダイヤモンドの形成速度は毎時０．２ミクロン
で従来例の約２倍に向上した。これらは、基板保持器１
６の材料のニッケルがスパッタされ、このスパッタされ
たニッケルがダイヤモンドの結晶成長に一種の触媒的役
割を果たすためと考えられる。成長したダイヤモンド結
晶は電子線回折により、ヘキサゴナルのダイヤモンドで
あることが確認された。また、基板１７の表面の蒸着時
の温度上昇は小さかった。

また、ここでは水素とアルゴンの混合イオンビームａに
ついて述べたが、水素はフッ素でも良く。

アルゴンは他の不活性ガスまたは炭素でも同様の結果が
得られることも本発明者らは確認した。加速されて照射
された不活性ガスまたは炭素は、供給され凝縮する炭素
と反応などを起こさずに物理的に活性化し、効率よく基
板１７の上に局所的にダイヤモンドを合成させ、加速さ
れて照射された水素またはフッ素は基板１７の上の局所
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。さらに、
上記ガスはイオン化されてなくても有効であり、イオン
化されているとさらに有効であることも確認した。また
、基板１７の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、レーザービーム蒸着
などによって形成されたものでも良い、また、基板保持
器１６の材料としてニッケルを使用しているが同じ鉄族
元素（たとえば鉄、コバルト）の材料を使用しても同様
の結果が確認された。前記鉄族元素の材料は高速粒子１
８が衝突する基板保持器１６の少なくとも一部の表面を
構成していればよい。このように鉄族元素の基板保持器
１６に基板１７を保持してターゲット１５、基板保持器
１６および基板１７に混合イオンビームａを照射するこ
とにより、再現性よく、安定して、かつ形成速度も速く
基板１７の上にダイヤモンドが形成できた。

発明の効果 以上のように本発明のダイヤモンドの製造方法によれば
、少なくとも一部の表面が鉄族元素を含む材料からなる
基板保持器に基板を固定し、基板および基板保持器に高
速粒子を照射しつつ、基板の表面に炭素を供給すること
により、低温低圧下でダイヤモンドを基板の表面に再現
性よく安定し、かつ形成速度も速く形成でき、その工業
的価値はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイヤモンド製造方法の実施に使用す
る装置の概略構成図、第２図は第１図の要部拡大図、第
３図は高速粒子を照射しつつ炭素を基板上に凝縮させる
ダイヤモンド製造方法の原理図である。 １１・・・イオンビームスパッタ装置、１５・・・ター
ゲット、１６・・・基板保持器、１７・・・基板、１８
・・・高速粒子。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図 ｚ １７・・・イ才〉シ゛−ムスパ・ンタ装置１５・・−ダ
ーゲーット １ｂ−蕃抜保Ｉ↑器 １７−基板 第２図 第３図 ”二＝＝＝コー４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一部の表面が鉄族元素を含む材料にて構
   成された基板保持器に基板を固定し、前記基板の表面お
   よび基板保持器の前記一部の表面に高速粒子を照射しつ
   つ、前記基板の表面に炭素を供給し、前記基板の表面に
   炭素を凝縮させるダイヤモンドの製造方法。 ２、基板の上に照射される高速粒子が、水素と不活性ガ
   スまたは水素と炭素を含むガスにより構成された特許請
   求の範囲第１項記載のダイヤモンドの製造方法。 ３、基板の上に照射される高速粒子の水素と不活性ガス
   または水素と炭素が、イオン化している特許請求の範囲
   第２項記載のダイヤモンドの製造方法。 ４、基板の上に照射される高速粒子が、フッ素と不活性
   ガスまたはフッ素と炭素を含むガスにより構成された特
   許請求の範囲第１項記載のダイヤモンドの製造方法。 ５、基板の上に照射される高速粒子のフッ素と不活性ガ
   スまたはフッ素と炭素が、イオン化している特許請求の
   範囲第４項記載のダイヤモンドの製造方法。