JPS638294A - 気相法によるダイヤモンド合成法 - 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 本発明は有機炭素化合物から気相法でダイヤモンドを合
成する方法に関する。

ダイヤモンド合成には黒鉛を超高圧下でダイヤモンドに
変換する方法と炭化水素等のガスを加熱でプラズマ等の
エネルギーで励起し、そのガスからダイヤモンドを析出
させるいわゆる気相法ダイヤモンド合成法がある。前者
は主として粒状のダイヤモンドが得られ、後者が微粒子
状あるいは膜状のダイヤモンドが得られる。

従来の技術 気相法ダイヤモンド合成で従来発表されているものはガ
スは殆んどメタン、エタン等炭化水素と水素ガスの混合
ガスを用いている。このガスの励起には各種の方法があ
り、大別すると加熱フィラメントを用いる方法（特開昭
５９−９１１００）　、マイクロ波による方法（特開昭
５９−３０９８　）　、高周波による方法（特開昭５８
−１３５１１７　）があり、その他特殊なものとしては
グロー放電、アーク放電、スパッタリング法、イオンビ
ーム法、紫外線照射などがある。

発明が解決しようとする問題点 マイクロ波や高周波によるプラズマ発生はガスの圧力範
囲がａＴｏｒｒ〜１００　Ｔｏｒｒ程度とかなり減圧に
しなければならない、また安定なプラズマ状態を保つの
がむづかしい、さらにプラズマ化している空間が狭いの
で広い面積に亘って析出させることができない。そして
ダイヤモンドの析出速度も遅い。

加熱フィラメント法も減圧下で行なわれており、またダ
イヤモンドの析出速度も０．１〜ｌ　ｇｍと遅い。

気相法によるダイヤモンド合成では、いずれの方法でも
、Ｓｉなどの何らかの基板を用いるかあるいはダイヤモ
ンドの種子の上に析出させることが必要であるが、いず
れの場合も従来の方法では析出速度が遅く、また析出面
積も小さい。

本発明はガスの励起方法について種々研究した結果到達
したもので、その目的はダイヤモンドの析出速度を早め
、かつ析出面積の大きなものでも可能にすること、操作
も容易である等から常圧付近でも析出ができるようにす
ることにある。

問題点を解決するための手段 本発明はダイヤモンド合成において　ガスの励起方法と
して従来知られていなかった無声放電を利用することを
特徴とする。

無声放電はオゾンをつくる際に用いられる放電方法で、
先の尖った電極を少なくとも一方に用い、高電圧下で放
電させるが、音が出ないことからこの名があり、アーク
放電やグロー放電とは区別される。

本発明はこの無声放電を用いて有機炭素化合物及びキャ
リアガスを励起し、これを所定の温度に加熱した基板、
ダイヤモンド種子等の表面に導いて、そこでダイヤモン
ドとして析出させる方法である。

使用される有機炭素化合物としてはメタン、エタン等の
＆化水素、アセトン、アルコール等の含酸素有機化合物
、アミン等の含窒素有機化合物、メルカプタン等の硫黄
を含む有機化合物、クロロメタン等の塩素を含む有機化
合物などである。この中では特にアセトンやアルコール
等の含酸素有機化合物がダイヤモンドの析出速度が大き
く好ましい。

キャリアガスは主として水素ガスであり、またこれにア
ルゴン等の不活性ガスを混合したものが適する。

有機炭素化合物とキャリアガスの混合ガス中における有
機炭素化合物の濃度は０．０１〜３０容量％が適当であ
る。

本発明において有機炭素化合物とキャリアゴスとは混合
後無声放電で励起してもよく、また励起後ダイヤモンド
の析出面上で混合してもよい、特に後者の場合は放電の
条件を別々に行なうことができるので、夫々最適の条件
を選ぶことができるなど無声放電の制御には都合がよい
。

以下図面を参考に具体的に本発明を説明する。

第１図はＨ２とＣＨ４の混合ガスを無声放電で励起する
状態を示す概略断面図、第２図は基板にダイヤモンドを
析出させる状態を示す概略断面図である。図において１
は石英管（以下「励起管」という）でその中に電極とな
るタングステン棒３が石英管２の中に挿入配置されてい
る。励起管の外側には電極となる円筒状銅箔４が設けら
れている。

電極３と４間には高電圧５が印加される。ガスは励起管
の上部の入口６より導入され、無声放電帯域（両電極間
）で励起される。励起されたガスは、例えばＨ２とＣＨ
４の混合ガスの場合、原子状水素、水素イオン、メチル
ラジカル等を含む励起状態になっている。

この励起管を用いてダイヤモンドを析出させるには１例
として第２図のように構成する。図では励起管は２未配
列したものであるが、さらに多く配列することも可能で
ある。励起管の１例は第１図に示すが、これを用いて有
機炭素化合物とキャリアガスの混合ガスを励起してもよ
いが、各励起管で有機炭素化合物とキャリアガスを別々
に励起し、これを交互に配列するなどの方法も可能であ
る。第２図で７は基板でヒーター８により所定の温度に
加熱される。９はこれら全体を囲む反応容器である。基
板７はシリコン、モリブデン、タンタル、タングステン
などの金属板、炭化珪素、窒化チタン、石英、窒化アル
ミなどのセラミック板などを用いることができる。さら
にダイヤモンドの種子や炭化珪素の粒子の上にダイヤモ
ンドを析出成長させることもできる。

無声放電の条件は励起管の太さ等によって変るが、電極
間層＃３〜２０ｍｍで電圧５〜１５ＫＶが適当である。

ガスの圧力は５０ｍｍＨｇ以上から常圧以上、例えば＋
０００＋ｍＨｇでも可能である。励起されているガスの
温度は室温〜５００°Ｃにあるのが好ましい。

ダイヤモンドを析出させる基板等の温度は従来の方法と
変りなく、２００〜９００°Ｃの範囲が好ましい。基板
の位置は励起管の先端から０．５〜２０ｍｍ位離したと
ころがよい。

本発明によって得られるダイヤモンドは基板上に析出さ
せた膜状物、あるいはダイヤモンドの種子や炭化珪素粒
子の上に析出させた粒状物である。膜状のものは基材に
被覆して耐摩耗性部材、研摩材などに利用でき、粒状の
ものは研摩材等に利用することかでさる。

実施例１ 原料ガスとしてアセトン濃度１容量％の水素ガスを用い
、第２図に示すような励起管２本を用いてダイヤモンド
を基板上に析出させた。ガスの流量は　１ｏｏｃｃ／分
（標準状態）とし、内容圧は　１００Ｔａｒｒとした。

励起管は直径２０ｍｍ、電極４の長さは４０ｆｆｌＩ１
１である。基板はシリコンウェハーを用い、その位置は
励起管先端中心の電極先端の下方的３ｍｍである。

ＡＣ電圧８０００〜９０００Ｖを電極間に印加し、無声
放電を行なった。この電圧で約０．１〜１　ｍＡの放電
電流があった。基板はヒーターの加熱により　６５０℃
とした。また基板は０．１ｒｐｍで回転させ、基板に均
等に析出させるようにした。基板からの放射熱及び無声
放電により放電部分のガスの温度は約２００℃になった
。

上の条件で１時間継続操作したところシリコンウェハー
の上に厚さ４ｐｍの析出物を得た。この析出物は光学顕
微鏡、ラマンスペクトル、電子線内 回折の結果自形の面のよく現われている良質のダイヤモ
ンドであることが確認された。

実施例２ 第２図の装置を用い、一方の励起管にはメタンガス、他
方には水素ガスを流した。流量はメタンガス　ｌｃｃ／
分（標準状態）、水素ガスは１ｏｏｃｃ／分（標準状態
）である、電圧はメタン励起管が５〜ｌ０ＫＶ、水素側
が８〜ｌ０ＫＶである。その他の条件は実施例１と同様
である。基板は実施例と同様に回転させた。

上の状態で１時間継続操作したところ厚さ２ｐ−ｖａの
析出物を得た。実施例１と同様の分析を自 したところ自形面がはっきり現れたダイヤモンドである
ことが確認された。

実施例３ 励起管を直径１０ｍｍと細くし、内圧を７８０Ｔｏｒｒ
とし、基板と励起管の中心電極先端との距離を　１ｍｆ
ｆ１とした外は実施ｉ罎同様にして行なったが、結果は
実施例１と同様であった。

発明の効果 本発明は無声放電という全く新しい方法によりガスを励
起し、ダイヤモンドを生成させることに成功したもので
ある。この方法によれば低圧ばかりでなく常圧付近でも
可能であり、操作がし易いばかりでなく、グイ、ヤモン
ドの析出速度も大である。

本発明において励起管を多数使用すれば大きな面積の部
分に析出させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無声放電によるガスの励起方法を示す断面図、
第２はこの励起によりダイヤモンドを析出させる状態を
示す断面図である。 ｌ、２・・・・・・石英管、３・・・・・・タングステ
ン棒４・・・・・・銅箔、７・・・・・・基板、８・・
・・・・ヒーター９・・・・・・反応容器、１０・・・
・・・排出口１１・・・・・・ガス導入口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機炭素化合物と水素ガス等のキャリアガスとか
   ら気相法によりダイヤモンドを合成する方法において、
   有機炭素化合物とキャリアガスを無声放電で励起するこ
   とを特徴とするダイヤモンド合成法。
2. （２）有機炭素化合物とキャリアガスとの混合ガスを無
   声放電で励起する特許請求の範囲第１項記載のダイヤモ
   ンド合成法。
3. （３）有機炭素化合物とキャリアガスとを別々に無声放
   電で励起した後混合する特許請求の範囲第１項記載のダ
   イヤモンド合成法。