JPS6385095A - ダイヤモンド薄膜の形成方法 - Google Patents

ダイヤモンド薄膜の形成方法

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Publication number
JPS6385095A
JPS6385095A JP22902486A JP22902486A JPS6385095A JP S6385095 A JPS6385095 A JP S6385095A JP 22902486 A JP22902486 A JP 22902486A JP 22902486 A JP22902486 A JP 22902486A JP S6385095 A JPS6385095 A JP S6385095A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
substrate
diamond
thin diamond
ion beams
Prior art date
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Pending
Application number
JP22902486A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Kitahata
真 北畠
Kiyotaka Wasa
清孝 和佐
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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。

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)、さらに最近エ
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TTAP21L183(1982)
)、ダイヤモンドが低下で合成されるようになったが、
この方法においては、得られるダイヤモンド薄膜はラン
ダムな方位を持つ微細晶粒の集まりであった。
発明が解決しようとする問題点 このように、従来技術で得られるダイヤモンド薄膜は方
位のそろっていない多結晶体である。エレクトロニクス
への応用を考える場合は、方位のそろったエピタキシャ
ル成長した単結晶膜を成長させる必要がある。
問題点を解決するための手段 本発明者等は、基体表面に炭素を供給し、加速された水
素と不活性ガス又は炭素の粒子を前記基体表面にほぼ平
行に照射しつつ、前記基体表面を1000℃以上に保ち
、供給された前記炭素を凝縮させると、方位のそろった
ダイヤモンド薄膜が成長することを確認した。これによ
り本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法を発明した。
作  用 本発明の製造方法を第1図を用いて説明する。
炭素1が基体表面2で凝縮して固体となる場合に、不活
性ガス又は炭素3が加速されて照射されると、上記不活
性ガス又は炭素の粒子3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に変
化する。このときに、水素4が加速されて照射されてい
ると、この局所的なダイヤモンド構造以外の部分を除去
し、ダイヤモンド構造の部分のみを残し、これを成長さ
せる。さらに基体表面2が1000℃以上に加熱されて
いると、この水素4による除去作用が効率的となり、ダ
イヤモンドが効率良く成長する。本発明においては、高
速粒子3,4が基体表面にかするように照射されるので
、成長子るダイヤモンドはその結晶方位がそろう。つま
シ前述の衝撃及び除去作用が方向性を有するため、高速
粒子3,40入射方向に従ってダイヤモンドの成長方位
がそろうと考えられる。従来例においては、このような
成長メカニズムの方向性がないため、ダイヤモンドの成
長方位はそろわずランダムな方位の多結晶となると考え
られる。また、基体表面2が100Q℃以下の場合には
得られる膜がダイヤモンド以外の構造(例えばグラファ
イト等)を含み、完全なダイヤモンド薄膜とならない。
実施例 第3図に本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法の一実施
例を示す。
イオンビーム源6から、不活性ガス(アルゴン)のイオ
ンビーム7(エネルギーは1200eV程度)が照射さ
れ、炭素ターゲット8をスパッタしターゲット8から炭
素原子8aを蒸発させる。この装置のチャンバ内の圧力
はI X 10−’ To r r程度であった。この
炭素原子8aは基体として用いたシリコン基板90表面
に供給され基板9上で凝縮するが、基板9はイオンビー
ム2に対して表面1oがほぼ平行となるように設置され
ているため、基板9の表面10にはイオンビーム了が照
射されつつ基板表面10上に炭素を凝縮させることとな
る。
ここでイオンビーム源らにさらに水素を導入し圧力比で
1;1以上の水素を含むようにし、イオンビーム7をイ
オン化した不活性ガスとイオン化した水素との混合イオ
ンビームとし、基板表面の10の温度を1oOo℃以上
とすると、基板表面10上に第2図の走査型電子顕微鏡
写真に示すようなダイヤモンドの結晶5が成長した。
第2図に得られた方位のそろったダイヤモンド結晶の走
査型電子顕微鏡写真の図を示す。この図より明らかなよ
うに、すべてのダイヤモンド結晶粒子6は同じ方位を持
っている。ここで基体表面に照射される水素はイオン化
していた方がその反応性が増大し有効であった。基体表
面とそこに照射される加速粒子の方向とのなす角度が1
6度以上となると、形成される膜のスパッタが大きくな
り膜が形成されない。つまりこの角度は0〜15度の間
が望捷しい。このように、本発明を用いることにより、
基板表面1−0上にダイヤモンド結晶5が成長しておυ
、前述の水素のクリーニング作用によυ、ダイヤモンド
結晶のみが成長している。
またこれらのダイヤモンド結晶の方位もそろっている。
これを成長させることによりエピタキシャル単結晶ダイ
ヤモンド薄膜が得られる。
ここでは、イオンビーム7について述べたが、このイオ
ン化されたイオンビームのかわりにニュートライガによ
って中性化した中性原子でも有効であり、また不活性ガ
スでなく炭素を用いても良い。この場合、炭素はダイヤ
モンドの構成原子でもちゃ、前記局所的なダイヤモンド
を形成することができる質量を有している。また不活性
ガスと同様に炭素と化合してダイヤモンド以外の物質を
形成することもない。
また、基板表面に凝縮させる炭素の供給源としてはスパ
ッタ以外の熱蒸発、CVD、電子ビーム蒸発、レーザビ
ーム蒸発等によっても良い。
本実施例においては、炭素を表面に凝縮させる基体とし
てシリコン基板について述べたが、1000℃において
安定で、ダイヤモンド構造に似た表面構造を有する物質
であれば、シリコンに限るものではない。
発明の効果 本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法は、エレクトロニ
クス分野で有用なダイヤモンドのエピタキシャル単結晶
膜を形成可能とするものであり、ダイヤモンドダイオー
ド等の形成に寄与し、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薄膜の形成方法の概念図
、第2図は本発明の形成方法で得られたダイヤモンド薄
膜の結晶の構造を示す走査型電子1・・・・・・炭素、
2・・・・・・基体表面、3・・・・・・不活性ガス又
は炭素の高速粒子、4・・・・・・水素の高速粒子、5
・・・・・・ダイヤモンド結晶粒子、6・・・・・・イ
オンビーム源、7・・・・・・イオンビーム、8・・・
・・・炭素ターゲット、9・・・・・・基板、10・・
・・・・基板表面。 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基体表面に炭素を供給し、加速された水素と不活
    性ガス又は炭素の粒子を前記基体表面にほぼ平行に照射
    しつつ、前記基体表面を1000℃以上に保ち、供給さ
    れた前記炭素を凝縮させることを特徴とするダイヤモン
    ド薄膜の形成方法。
  2. (2)加速された水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1項記載のダイヤモンド薄膜の形
    成方法。
  3. (3)基体表面とそこに照射される加速粒子の方向との
    なす角度が15度〜0度の間であ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薄膜の形成方法
JP22902486A 1986-09-26 1986-09-26 ダイヤモンド薄膜の形成方法 Pending JPS6385095A (ja)

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