KR900003322B1 - 대형다이어몬드의 합성방법 - Google Patents

대형다이어몬드의 합성방법 Download PDF

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KR900003322B1
KR900003322B1 KR1019880005169A KR880005169A KR900003322B1 KR 900003322 B1 KR900003322 B1 KR 900003322B1 KR 1019880005169 A KR1019880005169 A KR 1019880005169A KR 880005169 A KR880005169 A KR 880005169A KR 900003322 B1 KR900003322 B1 KR 900003322B1
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스미도모덴기 고오교오 가부시기가이샤
나까하라 쯔네오
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Abstract

내용 없음.

Description

대형다이어몬드의 합성방법
제 1 도는 종래의 합성방법을 표시한 도면.
제 2 도는 다이어몬드의 각면의 성장압력온도 영역을 표시한 도면.
제 3 도는 종래의 합성법에 의해서(100)면을 종면으로 사용했을때의 초기의 결정성장 상태를 표시한 도면.
제 4 도는 종래의 합성방법에 의해서(111)면을 종면으로 사용했을때의 초기의 결정성장 상태를 표시한 도면.
제 5 도는 유한요소법으로 계산한 종래방법의 탄소농도를 표시한 도면.
제 6 도는 유한 요소법으로 계산한 본 발명에 의한 합성방법의 탄소농도를 표시한 도면.
제 7 도, 제 8 도, 제 9 도는 본 발명에 의한 합성방법을 표시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 탄소원 2 : 용매
3 : 종결정 4 : 종결정용해 방지충
5 : 히이터 △T : 온도차
11 : 다이오몬드흑연안정경계선 12 : 용매-탄소공정온도선
13 : (100)면성장영역 14 : (110)면 성상영역
15 : (111) : 면성장영역 21 : 종결정(100)면
22 : 성장한단결정 23 : 탄소의 확산방향
24 : 용매 25 : 탄소원
31 : 종결정(111)면 32 : 성장한단결정
33 : 탄소의 확산방향 34 : 용매
35 : 탄소원 41 : 탄소원
42 : 용매 43 : 종결정
44 : 둥농도선 A : 중앙부
B : 외주부 51 : 탄소원
52 : 용매 53 : 종결정
54 : 등농도선 Ho : 중앙부용매높이
H1: 외주부용매높이 6l : 탄소원
62 : 용매 63 : 원추면
64 : 종결정 65, B : 원추대상면(종결정면)
A : 원추면과 정결정면과의 각도 Ro : 종결정(64)의 직경
71 : 탄소원 72 : 용매
73 : 종결정 81 : 탄소원
82 : 용매 83 : 용해조절층
84 : 종결정
온도차법을 사용한 대형다어어몬드 단결정(單結晶)합성에 관한 것이다.
온도차법에 의한 다이어몬드 합성은, 미국 GE사(USP)-4,034,066)가 최초에 완성하였다. 그후 양산화의 기술이 진보되어,(일본국 특개소 59-152214호공보, 동특개소 60-210512호 공보)현재는, 히이트 싱크 초정밀바이트등의 가공제품으로서 판매되고있다.
온도차법은, 제 1 도에 표시한 바와같이 초고압 발생장치내에, 탄소원(1)과, 용매(2), 종결정(種結晶)(3),용해방지층(4)을 배치하고, 히이터(5)에 의해서 탄소원과 종결정중에 생기는 온도차 △T에 의해, 종결정상에 에피택셜하게 단결정을 성장시키는 방법이다.
종래의 합성방법에서는, 합성할 수 있는 단결정이 최대 2캐럿(직경 6mm)정도이고, 8mm이상의 크기를 필요로하는 CO2레이저 창재, 적의선 창재, 의료용매스, IC본더등의 용도에는 사용할 수 없었다.
또, 2캐럿의 원석을 합성할려면 2주간이상의 소요되고, 코스트적으로도 비싸게되어, 실용에는 적합하지 않았다.
이러한 종래방법의 결점은, 하기의 2가지점이 원인이였다.
i) 큰 종결정(3mm 이상)으로부터, 큰 단결정을 합성할려고하면, 집합정으로되어 양질의 단결정이 되지 못했다.
ii) 2캐럿 이상의 결정사이즈가되면, 급속하게 용매의 말려들어가는 현상이 발생하여, 양질의 단결정을 얻을수 없다.
따라서, 작은 종결정으로부터 서서히 성장시키기 때문에, 결정성장 시간이 매우 길게걸려 코스트 상승이된다. 또 2캐럿으로부터 급속하게 용매금속의 말려들어가는 현상이 발생하여, 실용에 견딜수 있는 단결정을 합성할 수 없었다.
본 발명에서는 상술한 2가지의 결점을 해결하기 위하여, 하기의 점을 개량하였다.
i) 큰 종결정으로부터 양질의 단결정을 성장시키기 위하여, 종결정 표면을 한번녹인다음, 재성장 시키는 방법을 취하였다.
ii) 2캐럿 이상의 원석이라도 용매의 말려들어 가는 현상이 발생하지 않도록 하기의 방법을 사용하였다.
a) 종결정면으로(111)면을 사용하고, 최대성 장면이 탄소의 확산방향과 수직이되도록 성장시켰다.
b) 탄소의 확산농도를 결정성장면에서 균일하게 하기 위하여, 용매형상을 중앙부가 외주부에 비교해서, 20∼200% 높게 하거나, 또는 탄소원과 접촉하고 있는 부분을 구(球)형으로 한다.
c) 종결정으로(100)면을 사용하고, 최대성장면이 탄소의 화산방향과 수직이되도록 성장시켰다. 그 때문에,(100)면이 최대가 되도록, 용매와 탄소와의 공정(共晶)온도 보다 20∼60℃ 높은 온도범위 내에서 결정성장시켰다.
종래의 방법으로 직경 8mm이상의 대형결정을 합성할려고 하면, 하기의 2가지 점이 문제가 되였다.
(가) 성장 시간이 매우 장시간(2주간이상)이다.
(나) 직경 6∼7mm(2캐럿)이상의 크기로부터, 급속하게 금속용매의 말려들어가는 현상이 발생하여, 양질의 단결정을 얻을 수 없다.
상기(가)의 문제를 해결할려면, 큰단결정을 사용하는 것이 효과적이다. 그것은 성장속도가, 결정의 표면적에 비례하기 때문에, 표면적이 작은 초기의 성장속도가 현저하게 느린것에 기인된다. 예를들면 직경 1mm 의 종결정을 사용하면, 단결정이 3mm로 되는 데에는 1주간, 6mm로 되는 데에는 10일간, 8mm에 달하는 데에는 2주간을 필요로한다. 따라서, 당초부터 3mm이상의 종결정을 사용하면, 성장시간은 1/2이하로 저감된다. 그런데 종래방법으로 직경 3mm이상의 종결정을 사용하여, 갑자기 큰 단결정을 성장시키려고하면, 종결정상에서 복수의 작은 단결정이 성장한다. 이 때문에, 복수의 성장기점을 가진 집합정이고 또한 용매의 말려들어가는 현상이 많은 결정밖에 합성할 수 없었다.
이 원인은 종래의 온도차법이 제 1 도에 표시한 바와 같이 용매(2)와 종결정(3)의 사이에, 용해방지층(4)을 삽입하고, 용매의 탄소농도가 과포화가 될때까지, 용해방지층이 소실되지 않고, 종결정의 용해를 방지하고 있었던 점에 있다.
이 방법의 문제점을 하기에 명시한다.
α)큰 종결정을 사용할때, 넓은 용해방지층을 사용하기 때문에, 소실이 균일하지 않고, 몇개의 부분에서 용매와 종결정이 접촉한다. 그 각부분으로 부터, 각각 결정성장이 일어나기 때문에, 집합정의 결정밖에 얻을 수 없다.
β) 용매가 과포화의 상태에서 종결정과 접촉하기 때문에, 결정성장이 곧 일어난다. 이 때문에 종결정상의 스텝이나 결함, 먼지가 포유(包有)되며, 그것이 기인되어, 용매의 말려들어가는 현상이 발생하기 쉽다.
본 발명에서는 상기한 α),β)의 결정을 해소하기 위하여, 하기방법(γ)이 유효하다는 것을 발견하였다.
(γ) 종결정의 표면을 한번 용해시키므로서, 종결정상의 스텝이나 결함, 먼지를 소실시키고 청정한 성장면을 얻는다. 또, 서서히 미포화→포화→과포화와 같이 탄소농도를 올려가므로서, 용해한 종결종 표면전체로부터 균일하게 결정성장시키는 방법.
또, 상기 방법을 실시하는 수단으로서는, 하기의 2방법이 유효하다는 것을 발견하였다.
① 용해방지층을 사용하지 않고, 미리 용매속에 포화농도이하의 탄소를 함유시켜 놓고, 용매가 녹는 것과 동시에 종결정의 표면을 용해시켜, 탄소원(제 1 도(1)참조)으로부터, 탄소가 확산해오는것을 이용해서 서서히 탄소농도를 올려서, 단결정을 성장시키는 수단.
이 경우, 미리 함유시켜주는 탄소농도가 매우 중요하며, 상한은 결정성장시키는 조건하의 포화농도의 95중량%이고, 하한은 30중량%인 것이 판명되었다. 상한치보다 높은 농도에서는 종결정표면의 용해가 실질점에서 발생하지 않는다. 또 하한치보다 낮은 농도에서는, 종결정이 완전히 용해 소실되는 문제가 발생하였다. 또 안정적으로 결정성장시키는데 바람직한 농도는 50∼80중량%의 농도인 것이 판명되었다.
② 용해방지층의 대신에, 용해조절층을 사용한다. 용해조절층으로서는 Pd,Pt,Rb,Ir,Ru,Os의 1원소 또는,복수의 원소로 이루어진 금속에 5∼30중량%의 Ni 또는 Co를 첨가한 금속층을 사용하였다. 전자의 금속은 고융점 금속이고 또한 탄화물을 작성하지 않는 점이, 본 발명의 목적에 적합하고 있다. 고융점 금속이라야할 필요는, 용매가 녹는 온도이하에서 용해하지 않기 위해서이다. 또, 용해조절층이 탄화물을 작성하는 경우에는, 종결정표면에 탄화물이 생성되고, 핵발생이되는 일이 있기 때문에, 본 발명의 목적에 적합하지 않다.
전자의 금속만이라면, 용매속의 탄소가 과포화가 될때까지 용해하지 않기 때문에, 종래방법의 결점이 생긴다. 이 때문에, 본 발명에서는 전자의 금속에 Ni,Co의 1종 또는 2종의 원소를 첨가하므로서, 용매속의 탄소가 과포화로 되기전에 용해조절층이 균일하게 녹아서, 상기한 목적을 달성하는 것을 발견하였다. 또 Ni,Co농도가 5∼30중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다는 것도 발견하였다.
상기 값보다 작은 경우에는 집합정의 결정이 성장하고, 큰 경우에는, 종결정이 녹는다고하는 문제가 발생하였다. 또 Ni,Co의 대신에 Fe도 마찬가지 효과가 있으나, 합성조건하에서 탄화물을 작성하는 경우가 있었다.
다음에 상기(가)의 문제해결에 관한 본 발명의 작용을 설명한다. 제 1 도에 표시한 바와 같은 종래방법에서는, 단결정의 성장에 따라, 하기와 같은 문제점이 발생하기 때문에, 2캐럿 이상이고 금속용매를 함유하지 않는 양질의 단결정을 얻는 것이 곤란하였다.
α') 결정성장과 더불어, 성장표면의 온도가 고온으로 이행하기 때문에, 성장면이 낮은편으로부터 높은면으로 변화한다.
성장면이 변화하면 금속용융의 말려들어가는 현상을 발생하기 쉽다.β') 종래방법의 용융형상에서는, 결정표면외 탄소농도가 균일하지 않고, 과포화도로 분포가 발생하여, 성장하기 쉬운 부분과, 하기 어려운 부분이 발생한다.
성장하기 어려운 부분은, 금속용매가 말려들어가기 쉽다. 본 발명에서는 α')의 문제점을 해결하기 위하여, 하기의 방법으로 효과가 있는 것을 발견하였다.
①' 결정면을(111)면으로 하고, 최대성장면이(111)면이고 또한 탄소의 확산방향과 수직이되도록 성장시킨다.
②' 결정성장면의 탄소농도를 균일하게하기 위하여, 중앙부가 외주부에 비교해서 20∼200%높은거나, 또는 고온쪽의 일부를 구형상으로 한 용매를 사용하였다.
①'의 방법에 대하여 설명한다.
단 결정합성성의 압력, 온도조건에 의한 성장면의 상이를 제 2 도에 표시한다. 제 2 도에 표시한 바와 같이, 종결정상의 압력, 온도조건, 점 A,B로부터 성장을 개시하면 성장면은 차차로 고온쪽으로 이행하여 A',B'로 된다. 전자는 성장면이 (100) 면→(111) 면으로, 후자는(111) 면→110면으로 이행하여, 용매의 말려들어가는 현상이 발생하기 쉬워진다. 따라서 점 C→C'와 같이, 성장면이 항상(111)면이라야 한다는 것이 필요하다.
또 종결정의 면도 중요하다. 제 3 도와 같이 종결정(21)을 (100)면으로하였을 경우, 결정성장은(22)와 같이 발생한다. 어 경우, 탄소원(25)으로부터 확산해오는 탄소(23)의 과포화도는, 성장한 결정의 선단에서 크게 된다. 이 때문에 중앙부는 성장이 금속으로 진행되고 주변부는 성장이 지연된다. 이 성장의 차에 의해서, 용매가 말려들어 가기 쉽게 된다.
한편 제 4 도와 같이, 종결정(31)을 (111)면으로하면, 결정성장은(32)와 같이 발생한다. 이 경우, 확산해오는 탄소(33)의 방향과 성장면은 수직이되고, 과포화도는 성장표면에서 균일하게 되어, 용매의 말려들어가는 현상은 발생하기 어렵게 된다.
종래방법은, USP-4,034,066 Coluwn 11의 위에서 41∼54행에 걸쳐서 기재된 바와 같이,(100)면을 종결정으로 하였을 경우의 유의성(有意性)이 강조되고, 일본국, 무기재연구소 연구보고 제20호(1970년)9페이지 우측란 6∼8행에 기재된 바와 같이(100)면을 종결정면으로 사용하는 일이 많았었다.
본 발명에서는, 종래방법의 주(主)방법과는 달리 상기한 바와 같이(1l1)면을 종결정면으로 사용하면 효과가 있는 것을 발견하였다. (100)면을 종결점으로하여 성장시키는 것도 가능하다.
이 경우, 제 4 도와 마찬가지고, 성장한 결정(32)의 최대성장면(100)이, 탄소의 확산방향과 수직으로 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 용매와 탄소의 공정온도보다 20∼60℃높은 온도범위내에서 결정성장시키는 것을 발견하였다. 또, 결정의 성장과 더불어, 최대성장면이 고온쪽으로 이동해 가기 때문에, 상기 온도범위에 항상들어가도록 전체의 온도를 서서히 저하시켜가는 것이 보다 효과적인 것을 발견하였다.
다음에 ②'의 작용에 대하여 설명한다.
종래방법은, 제 1 도의 형상의 용매(2)를 사용하고 있었다.
이 때문에 제 5 도에 도시한 바와 같이 탄소 농도(등고선이 동일농도부분을 표시함.)가 중앙부 A에서는 낮고, 외주부 B에서는 높다고하는 현상이 나타난다. 이 때문에, 이중에서(111)면을 종결정면으로 해서 제 4 도와 같이 결정성장시키면, 중앙부 A에서는 외주부 B에 비교해서 과포화도가 낮고, 성장속도가 늦어져서 중앙부에 용매의 말려들어가는 현상이 발생하기 쉽게 된다고 하는 결점이 있었다. 결정이 커지면 커질수록 중앙부와 주변부의 농도차가 커지고, 성장속도에 점점 큰차가 발생해온다. 이 때문에, 2캐럿이상(직경 6∼7mm)으로 되면, 급속하게 금속용매의 말려들어가는 현상이 발생한다고 생각되어진다.
본 발명에서는 이와 같은 결점을 해결하기 위하여, 제 6 도에 표시한 바와 같이, 용매 중앙부 A의 용매높이 Ho에 비교해서, 외주부 B의 용매높이. H1가 작은 용매를 사용하였다. 제 5 도, 제 6 도는 유한요소법으로 계산한 탄소농도 분포이다. 등고선이 탄소농도를 표시한다.
또, 축대칭이기 때문에, 우측반분의 단면도만을 기재하였다.
제 6 도로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 의해서 중심부 A와, 외주부 B의 농도차가 거의 없어져 있다.
본 발명에 의해서 합성한 단결정은, 직경 8mm 이상의 대형의 것에 있어서도, 불순물의 말려들어가는 현상이 발생하지 않았다. 또 본 발명의 효과는, 상기한 용매높이의 비 H0/H1이 1.2∼3의 사이에서 효과가 있는 것이 판명되었다. 1.2이하에서는, 상기한 효과는 없으며, 3이상에서는 거꾸로 중앙부가 높고 외주부가 낮아진다고 하는 결과가가 얻어졌다. 또, 제 6 도의 형상 이외에 용매와 탄소원이 접촉되어 있는 부분을 구면으로 한 것에 있어서도 동일한 효과를 얻을 수 있었다. 또, 구면의 일부 또는 곡면 또는 평면에 의해서, 구성되는 경우도 동일결과를 얻게 되었다. 이 경우 중요한 것은 결정성장시의 H0/H1의 비이며, 합성전의 세트시의 형상은 아니다.
또 본 발명을 가장 효과적으로 활용하는 방법으로서, 하기의 개량을 가함으로써, 용매와 동일형상의 단면을 가진 직경 8mm이상의 대형 단결정의 합성이 가능하게 되었다.
①" 종결정의 직경을 용매직경의 1/4이상으로 한다.
②" 용매결정 쪽의 형상을 원추대(園錐代)로 하고, 이 원추대의 작은 면적쪽의 원형 표면에, 종결정을 배치한다. 또 상기 원추면과 원형 표면이 이루는 각을 5°∼45°이내로 한다.
본 발명의 ①"②"를 실시한용매를 제 7 도에 표시한다. 종결정(64)의 직경(Ro)을, 용매직경(R1)의 1/4이상으로 하므로서, 결정 직경이 R1에 달할때까지 말려들어가는 금속용매가 감소하였다. 이것은 제 2 도 C→C'의 조건하에서 합성되어 있어도,(113)등의 고차의 면이 때때로 성장한다. 당해면의 성장 및 소실에 의해서 금속용매가 말려들어가기 쉬워진다. 제 7 도의 Ro/R1을 1/4이상으로 하면, R1에 달할때까지 고차의 면이 출현하는 확립은 감소하였다.
또, 원추면의 각도도, 단결정직경(R。)이 용매직경(R1)에 도달할때까지의 금속용매의 말려들어가는 현상을 감소시킨다. 특히 Ro∼R1부근에서 다량으로 용매를 말려들어가는 것에 대해서 효과가 있다.
결정종을(100)면으로 하였을 경우에 있어서도, 성장시의 온도조건을 공정온도보다 20∼60℃ 높은 온도범위로 하므로서 이상 설명한 효과와 동일한 효과가 있는 것을 발견하였다.
이상 본 발명의 작용에 대해서 설명하였으나 요약을 하면 하기와 같다. (r)의 종결정을 한번 용해시키는 발명에 외해, 큰 종결정으로부터 양질의 결정을 성장시키는 것이 가능하게 되고, 성장시간을 현저하게 저감시키는 일이 가능하게 되였다. 또, ①'②'의 (111)면의 종결정면을 사용하고, 중앙부가 높은 용매를 사용하므로서, 양질의 직경 8mm이상의 단결정합성이 가능하게 되었다. (100)면의 종결정을 사용하였을 경우에도, 성장시의 온도조건을 선택하므로서 양질의 1변이 8mm이상의 단결정합성이 가능하게 되었다. 또 본 원을 수직으로 다수 중첩한 구조로 함과 동시에 다수의 대형 다이어몬드를 얻을 수 있다.
[실시예 1]
제 8 도에 표시한 바와같은 본 발명에 의한 용매를 사용해서, (111)면이 지배적인 다이어몬드 안정영역에서, 용매속의 탄소첨가량을 변화시켜, 단결정합성을 행하였다. 결과를 제 1 표에 표시한다. 용매금속은 Fe-50Ni를 사용하고, 압력은 5.8Gpa, 온도는 1400℃에서 합성을 행하였다. 합성에 소요된 시간은 144시간, 종결정은직경 3mm의 것을 사용하고, (111)면을 성장면으로 하였다.
[표 1]
Figure kpo00001
상기 표와같이, 용매에의 탄소첨가량은 포화농도에 대해서, 50∼80중량 %가 최적인 것이 판명되었다. 또 실시예 4에 표시한 바와같은, 다른 용매종으로 동일한 실험을 하였던바, 마찬가지의 결과를 얻을 수 있었다.
[실시예 2]
제 1 도에 표시한 바와같은 종래방법에 의한 용매를 사용해서 (111)면이 지배적인 다이어몬드 안정영역에서, 종결정의 크기를 변화시켜, 단결정 합성을 행하였다. 결과를 아래표에 표시한다.
용매금속은 Ni을 사용하고, 압력은, 5.8GPa, 온도는 1420℃에서 행하였다. 합성에 소요된 시간은 72시간, 종결정은 직경 1mm∼4mm의 것을 선택하고,(111)면을 성장면으로 하였다. 종결정 용해 방지재로서는, Pt박100μ의 두께의 것을 사용하였다. 또 용매에는 탄소를 첨가해 있지 않다.
[표 2]
Figure kpo00002
제 2 표와 같이, 종래방법을 사용하면, 직경 2mm이상의 종결정에서는, 양질의 것을 얻을 수 없고, 또 3mm이상에서는 접합정으로 되는 것을 알았다. 또, 실시예 4에 표시한 바와같은 다른 용매종으로 동일한 실험을 하였던 바 마찬가지의 결과를 얻었다.
[실시예 3]
제 9 도에 표시한 바와같이, 본 발명에 의한 용해조절층(83)을 사용해서,(111)면이 지배적인 다이어몬드 안정영역에서, 용해조절층(Pd-Ni합금)의 Ni량을 변화하여, 단결정의 합성실험을 행하였다. 사용한 용매(82)는, Fe-50Ni를 사용하고, 합성 압력은 5.8GPa, 온도는 1400℃ 였다. 합성에 소요된 시간은 144시간이였다. 단결정은 직경 3mm의 것을 사용하고, (111)면을 성장면으로 하였다. 결과를 제 3 표에 표시한다.
[표 3]
Figure kpo00003
상기 표와 같이, Ni첨가량이 Pd합금에 대해서, 5∼30중량 %일때에, 직경 8mm이상의 대형 단결정을 합성할 수 있는 것을 알았다. 또 Ni의 대신에 Co 및 CoNi합금을 첨가하여도, 마찬가지의 결과를 얻었다. 또 Pd의 대신에 Pt, Rh,Ir, Ru,Os의 1원소 또는 복수의 원소로 이루어지는 합금을 사용해도 마찬가지의 결과를 얻었다. 또 Pd의 대신에 Pt, Rh,Ir, Ru,Os의 1원소 또는 복수의 원소로 이루어지는 합금을 사용해도 마찬가지의 결과를 얻었다.
[실시예 4]
제 8 도에 표시한 바와같은 본 발명에 의한 용매를 사용해서,(100)면을 종결정으로 하였을 경우와,(111)면을 종결정으로 하였을 경우로 나누어서, 합성실험을 행하였다. 사용한 용매는, Fe-70Ni이다. 용매에는 미리 포화농도의 80%의 탄소를 함유시켜놓았다. 종결정으로는, 직경 3mm의 것을 각각 사용하였다. 합성시간은 144시간이였다. 결과를 제 4 표에 표시한다.
[표 4]
Figure kpo00004
상기 표와 같이,(111)면을 사용한 쪽이 양질의 단결정을 얻을 수 있는 것을 알았다. 또, 다른 용매종(Fe,Ni,Co,Mr,Cr,Al,Ti,Nb,V 및 이들의 합금)을 사용해도, 마찬가지의 결과를 얻었다.
[실시예 5]
제 8 도에 표시한 바와같은 본 발명에 의한 용매를 사용해서, 용매증앙높이 H0와, 외주높이 H1을 변화시켜 합성한 단결정에 미치는 영향을 조사하였다.
결과를 아래표에 표시한다. 사용한 용매는 Fe-3A1을 사용하고 용매중에 미리 포화농도외 80%의 탄소를 함유시켜 놓았다. 종결정은, 직경 3mm의 것을 사용하고, 성장면은 (111)면으로 하였다. 합성조건은 압력 5.8GPa, 온도는 1410℃였다. 합성에 소요된 시간은 144시간이였다.
[표 5]
Figure kpo00005
제 5 표와 같이, 용매높이 비(H0/H1)가 1.2∼3의 사이에 있을때, 양질의 단결정이 합성되는 것을 알았다. 또 실시예 4에 표시한 바와같은 다른 용매종에 대해서 실험하였으나, 마찬가지의 결과를 얻었다. 또, 용매(72)와, 탄소원(71)이 접촉하는 부분을, 구형(球形) 또는 곡면으로 해도 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 또 용매를 반구형상으로 해도, 마찬가지의 결과를 얻었다.
[실시예 6]
제 7 도에 표시한 바와같은 본 발명에 의한 용매를 사용해서, 용매외경 R1과 종결정외경 R0의 비를 변화시켜, 단결정합성에 미치는 영향을 조사하였다. 용매외경 R1은 8mm로 하고, 또, 원추면의 각도 A는 30℃로 하였다. Fe-50Ni합금을 사용하였다. 용매속에는 미리 포화농도의 80%의 탄소를 함유시켜 놓았다. 종 종결정은(111)면이 성장면이 되도록 배치하고, 외경 R0을 1.6∼8mm까지 아래표와 같이 변화시켰다. 합성조건은 압력5.8GPa, 온도는 1400℃로하고, 약 1주간 걸려서 성장시켰다. 결과를 제 6 표에 표시한다.
[표 6]
Figure kpo00006
상기 표와 같이, 용매와 종결정의 외경비 R0/R1이 1/4∼1의 사이에서는, 양질의 단결정을 얻을 수 있는 것을 알았다. 실시예 4에 기재한 다른 용매종에 대해서, 동일한 실험을 행하였으나, 마찬가지의 결과를 얻었다. 또, 합성된 다이어몬드의 단면과 용매단면의 형상은 동일하였다.
[실시예 7]
제 7 도에 표시한 바와같은 본 발명에 의한 용매를 사용해서, 용매 저부(종쪽) 원추면과 원추대상면(B)(종결정과 접촉하는 면)이 이루는 각도 A를 변화시켜, 합성에 미치는 영향을 조사하였다. 용매는 Fe∼3Ai을 사용하고, 외경 R1은 8mm로하고, 원추대상면 B의 직경을 4mm로 하였다. 용매속에는 미리, 포화농도의 80%의 탄소를 함유시켜 놓았다. 종결정은 직경 R0이 4mm의 것을 사용하고, (111)면이 성장면으로 되게 배치하였다. 합성조건은 압력 5.8GPa, 온도는 1410℃로하여, 약 1주간 걸려서 성장시켰다. 결과를 제 7 표에 표시한다.
[제 7 표]
Figure kpo00007
상기 표와 같이, 원추면과 종결정면이 이루는 각 A는 5°≤A≤45°의 중에 있는 경우, 양질의 단결정을 얻을수 있다. 또 실시예 4에 표시한 바와같이, 따른 용매종에 대해서, 동일한 실험을 행하였으나, 마찬가지의 결과를 얻었다. 또, 합성된 다이어몬드의 단면과, 용매단면의 단면은 동일하였다.
[실시예 8]
제 8 도에 표시한 바와같은 본 발명에 의한 용매를 사용해서, (100)면을 종결정면으로하여, 5.8GPa의 압력하에서,1300℃∼1400℃의 사이에서 합성을 행하였다. 용매금속은 Fe-50Ni로 하고, 미리 포화농도의 70%의 탄소를 첨가한 것을 사용하였다.합성에 소요된 시간은 144시간, 종결정은 직경 3mm의 것을 사용하였다. 또 성장과 더불어,0.2℃/시간의 비율로 온도를 서서히 낮추면서 합성을 행한 결과를 제 8 표에 표시한다.
[제 8 표]
Figure kpo00008
이상 설명한 바와같이 (111)면의 종결정면을 사용하고, 또 중앙부가 높은 용매를 사용하므로서, 단결정표면의 성장속도가 균일하게 되고, 용매금속의 말려들어간 현상이 없는 양질의 직경 8mm이상의 단결정을 합성가능하게 되었다. 또,(100)면 종결정을 사용하였을 경우에는, 또 성장시의 온도조건을 용매와 탄소의 공정온도보다 20∼60℃높은 범위로 선택하므로서 1번의 8mm이상의 단결정을 합성가능하게 되었다.
또, 직경 3mm이상의 종결정표면을 한번 용해하고, 재성장시키므로서 양질의 대형단결정이 단시간에 합성가능하게 되었다. 이에 의해서 종래방법에 비교해서 성장시간이 1/2이하로 되고, 코스트저감에 큰 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 온도차법을 사용해서 다이어몬드를 합성하는 방법에 있어서 직경 3mm이상의 종결정의 (111)면을 성장면으로서 사용하고, 이 성장면을 다이어몬드안정영역하에서 전체면을 한번 용해시킨후, 결정성장을 개시시키고, 또 합성시의 탄소원과 접촉하는 쪽의 용매형상이, 평면 또는 곡면으로 구성되는 볼록형상을 가진 용매를 사용하고, (111)면이 지배적인 압력, 온도 조건하에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 외경 8mm 이상의 대형 다이어몬드의 합성방법.
  2. 온도차법을 사용해서, 다이어몬드를 합성하는 방법에 있어서, 직경 3mm이상의 종결정의 (100)면을 성장면으로서 사용하고, 이 성장면을 다이어몬드의 안정압력하이고 또한 용매와 탄소의 공정점보다 20℃∼60℃높은 온도범위에 놓고, 전체표면을 한번용해한 후, 결정성장을 개시시키고, 또 합성시의 탄소원과 접촉하는 쪽의 용매형상이 평면 또는 곡면으로 구성되는 볼록형상을 가진 용매를 사용하고,(100)면이 지배적인 압력온도조건하에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 1변의 길이가 8mm이상의 대형다이어몬드의 합성방법.
  3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 종결정의 성장면을 용해하는데 이 성장조건에 있어서의 탄소포화 농도의 50∼80중량 %의 탄소를 미리 함유한 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 대형다이어몬드의 합성방법.
  4. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 종결정의 성장면을 용해하는데, Pd, Pt, Rb,Ir, Ru,Os의 1원소 또는 복수의 원소로 이루어진 금속에, 5∼30중량%의 Ni 또는 Co를 첨가한 합금층을 종결정과 용매의 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 대형 다이어몬드의 합성방법.
  5. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 볼록형상을 가진 용매의 중앙부가 외주부보다 20∼200% 두껍거나 또는 탄소원과의 접촉부가 구형인 것을 특징으로 하는 대형 다이어몬드의 합성방법.
  6. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 종결정으로서, 용매직경의 1/4이상의 직경을 가진 종결정을 사용하고, 용매의 종결정쪽이 원추대이고, 작은쪽의 원형표면에 종결정을 배치시키고, 이 원추대의 원추면과, 상기 원형표면이 이루는 각도가 5∼45℃인 용매를 사용하므로서, 다이어몬드단면 형상과, 용매단면형상이 동일하다는것을 특징으로 하는 대형 다이어몬드의 합성방법.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989011897A1 (en) * 1988-06-03 1989-12-14 Massachusetts Institute Of Technology Silicon dioxide films on diamond
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
US5554415A (en) * 1994-01-18 1996-09-10 Qqc, Inc. Substrate coating techniques, including fabricating materials on a surface of a substrate
US5731046A (en) * 1994-01-18 1998-03-24 Qqc, Inc. Fabrication of diamond and diamond-like carbon coatings
US5620754A (en) * 1994-01-21 1997-04-15 Qqc, Inc. Method of treating and coating substrates
EP0676485B1 (en) * 1994-04-07 1998-07-08 Sumitomo Electric Industries, Limited Diamond wafer and method of producing a diamond wafer
EP0878268B1 (en) 1994-05-23 2002-03-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Polishing apparatus and method for hard material-coated wafer
EP0699776B1 (en) * 1994-06-09 1999-03-31 Sumitomo Electric Industries, Limited Wafer and method of producing a wafer
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
US7128547B2 (en) * 2004-01-13 2006-10-31 Chien-Min Sung High pressure split die and associated methods
TWI262971B (en) * 2004-01-13 2006-10-01 Chien-Min Sung High pressure crystal growth apparatuses and associated methods
US8454714B2 (en) 2004-03-01 2013-06-04 Chien-Min Sung Diamond growth devices and methods
EP1957689B1 (en) * 2005-12-09 2011-04-20 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
GB0900771D0 (en) 2009-01-16 2009-03-04 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 (ko) * 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

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Publication number Publication date
DE3860513D1 (de) 1990-10-04
IE881372L (en) 1988-11-08
US4836881A (en) 1989-06-06
KR880014143A (ko) 1988-12-23
CN1014693B (zh) 1991-11-13
EP0290044B1 (en) 1990-08-29
ZA883150B (en) 1990-01-31
CN88103598A (zh) 1988-12-07
IE61745B1 (en) 1994-11-30
JPS63278544A (ja) 1988-11-16
JPH0779958B2 (ja) 1995-08-30
EP0290044A1 (en) 1988-11-09

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