JPH0135799B2 - - Google Patents
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- JPH0135799B2 JPH0135799B2 JP58236564A JP23656483A JPH0135799B2 JP H0135799 B2 JPH0135799 B2 JP H0135799B2 JP 58236564 A JP58236564 A JP 58236564A JP 23656483 A JP23656483 A JP 23656483A JP H0135799 B2 JPH0135799 B2 JP H0135799B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 技術分野
本発明は気相合成法によるダイヤモンド薄膜の
製造法に関するものである。
製造法に関するものである。
(ロ) 技術の背景
ダイヤモンド又はダイヤモンドと凝似の特性を
示すカーボンの気相合成法として世人に確かな方
法として認められているものには下記の２大別さ
れる方法がある。
示すカーボンの気相合成法として世人に確かな方
法として認められているものには下記の２大別さ
れる方法がある。
CVD法：メタン等の炭化水素ガスに水素ガ
スを混じて、この混合ガスを加熱及び又はガス
放電を利用して分解し、やはり加熱された基材
の表面に、SP3結合を有するカーボンを選択的
に蒸着させ、粒子状又は膜状のダイヤモンドを
気相合成する方法。
スを混じて、この混合ガスを加熱及び又はガス
放電を利用して分解し、やはり加熱された基材
の表面に、SP3結合を有するカーボンを選択的
に蒸着させ、粒子状又は膜状のダイヤモンドを
気相合成する方法。
PVD法：所謂イオンビーム蒸着法を用い、
カーボンをArイオンでスパツターし、スパツ
ターされたカーボンとArイオンを磁場内でプ
ラズマ励起し、その后カーボンイオンを選択的
に電界印加引出しを行い、加速を与えた状態で
高真空雰囲気に置かれた基材にタタキつける状
態にてダイヤモンドと凝似の特性を有するカー
ボン膜の蒸着を行う方法。
カーボンをArイオンでスパツターし、スパツ
ターされたカーボンとArイオンを磁場内でプ
ラズマ励起し、その后カーボンイオンを選択的
に電界印加引出しを行い、加速を与えた状態で
高真空雰囲気に置かれた基材にタタキつける状
態にてダイヤモンドと凝似の特性を有するカー
ボン膜の蒸着を行う方法。
これ等の方法は夫々に短所がある。
例えば前者の方法はダイヤモンド合成の原料と
なるカーボンを供給する炭化水素ガスを水素にて
100倍近くに希釈せねばならず、従つて大面積の
薄膜形成の為には多量の水素を消費せねばならな
いこと、また基材を加熱することが前提となつて
いるため、融点の低いものには蒸着させることが
出来ない問題を有している。
なるカーボンを供給する炭化水素ガスを水素にて
100倍近くに希釈せねばならず、従つて大面積の
薄膜形成の為には多量の水素を消費せねばならな
いこと、また基材を加熱することが前提となつて
いるため、融点の低いものには蒸着させることが
出来ない問題を有している。
また後者の方法は硬質で絶縁性が大きい膜の形
成が可能となるが、その特性は飽く迄凝似ダイヤ
モンドであり硬度もHV＝5000（Kg／mm2）程度で
あり、密度も天然ダイヤモンドの70％前后と低
く、結晶性も悪く、アモルフアス状の部分が大勢
を占め、従つて熱伝導率や電子移動度なども天然
ダイヤ−ａ型に比べて相当小さい。
成が可能となるが、その特性は飽く迄凝似ダイヤ
モンドであり硬度もHV＝5000（Kg／mm2）程度で
あり、密度も天然ダイヤモンドの70％前后と低
く、結晶性も悪く、アモルフアス状の部分が大勢
を占め、従つて熱伝導率や電子移動度なども天然
ダイヤ−ａ型に比べて相当小さい。
(ハ) 発明の開示
本発明は上記の問題を解決する為のもので、上
記のCVD法とPVD法が夫々に有する欠点を解消
したものである。即ち、ダイヤモンドを気相合成
する方法において、原料の炭化水素ガスを冷陰極
または熱陰極PIG型ガン、もしくは電子振動式ガ
ン等のイオンガンで分解せしめ、さらにガンの中
で磁界等によりプラズマ励起させ、該プラズマに
電界を印加し、加速して高真空の蒸着室にビーム
状態で引き出し、同室に設置された熱電子放射銃
により電子照射された引き出されたビームを加熱
された基材に当ててダイヤモンドを合成すること
を特徴とするダイヤモンドの気相合成法を提供す
るものである。加熱された基材は最高1000℃まで
の範囲で制御可能である。また基材にはバイアス
電圧として3KVまで印加可能である。また蒸着
室に設置された熱電子放射銃はＷフイラメントま
たはLaB6フイラメントであることが望ましい。
記のCVD法とPVD法が夫々に有する欠点を解消
したものである。即ち、ダイヤモンドを気相合成
する方法において、原料の炭化水素ガスを冷陰極
または熱陰極PIG型ガン、もしくは電子振動式ガ
ン等のイオンガンで分解せしめ、さらにガンの中
で磁界等によりプラズマ励起させ、該プラズマに
電界を印加し、加速して高真空の蒸着室にビーム
状態で引き出し、同室に設置された熱電子放射銃
により電子照射された引き出されたビームを加熱
された基材に当ててダイヤモンドを合成すること
を特徴とするダイヤモンドの気相合成法を提供す
るものである。加熱された基材は最高1000℃まで
の範囲で制御可能である。また基材にはバイアス
電圧として3KVまで印加可能である。また蒸着
室に設置された熱電子放射銃はＷフイラメントま
たはLaB6フイラメントであることが望ましい。
イオンビームの加速電圧は5KV以下ではカー
ボン膜しか得られず、3KV以上ではスパツタリ
ングが起つて堆積しない。又基板は５×
10-4Torr以下の高真空度室に設置しないとイオ
ンビームが基板に到達する以前にガス分子と衝突
してエネルギーを損失する確率が高くなる。
ボン膜しか得られず、3KV以上ではスパツタリ
ングが起つて堆積しない。又基板は５×
10-4Torr以下の高真空度室に設置しないとイオ
ンビームが基板に到達する以前にガス分子と衝突
してエネルギーを損失する確率が高くなる。
本発明の特徴は、カーボン原子の発生を炭化水
素ガスもしくは少量のアルゴンと混ぜた炭化水素
ガスの直流放電により達成し、ガンの中に設けら
れた磁界等によりプラズマ励起し、更にこの際に
発生した解離炭化水素、水素、炭素を高真空室へ
導き熱電子放射フイラメントより放出される電子
により原子状水素に10％以上の比率で解離させ、
その結果として炭素の原子結合はSP3を示し硬
度、密度共に天然或いは超高圧合成で得られるダ
イヤモンドと有意差のない蒸着膜が得られる方法
を提供するものである。
素ガスもしくは少量のアルゴンと混ぜた炭化水素
ガスの直流放電により達成し、ガンの中に設けら
れた磁界等によりプラズマ励起し、更にこの際に
発生した解離炭化水素、水素、炭素を高真空室へ
導き熱電子放射フイラメントより放出される電子
により原子状水素に10％以上の比率で解離させ、
その結果として炭素の原子結合はSP3を示し硬
度、密度共に天然或いは超高圧合成で得られるダ
イヤモンドと有意差のない蒸着膜が得られる方法
を提供するものである。
本方法は多段にわたるプラズマの励起により蒸
着層がSP3結合を有するダイヤモンドを気相合成
する方法を提供するものであるが、さらに本願の
別の特徴は基板の温度を最高1000℃まで加熱する
ことによつて、無定形結晶状から結晶性の良い状
態までの巾広い特性のダイヤモンドを大面積の基
材に均一につけることに適している。さらには低
温に保持した基板にもダイヤコート出来ることに
特徴がある。このことは炭化水素のプラズマが高
いレベルに励起されている結果可能となるもので
ある。
着層がSP3結合を有するダイヤモンドを気相合成
する方法を提供するものであるが、さらに本願の
別の特徴は基板の温度を最高1000℃まで加熱する
ことによつて、無定形結晶状から結晶性の良い状
態までの巾広い特性のダイヤモンドを大面積の基
材に均一につけることに適している。さらには低
温に保持した基板にもダイヤコート出来ることに
特徴がある。このことは炭化水素のプラズマが高
いレベルに励起されている結果可能となるもので
ある。
かくの如くして得られたダイヤモンドは例えば
耐摩、耐蝕等のための表面処理、また光学系、半
導体、IC、LSI等の分野で使用することができ
る。
耐摩、耐蝕等のための表面処理、また光学系、半
導体、IC、LSI等の分野で使用することができ
る。
(ニ) 実施例
第１図に示す冷陰極PIG型ガンを装着した装置
を用いて、下記の条件でシリコン基板上に8000Å
の蒸着膜を得た。その条件としては、原料ガスと
してCH4を用い、冷陰極PIGガンに導入する。
50Vに印加した直流放電でこのCH4ガスをプラズ
マ分解し200Gの外部磁場でこのプラズマの励起
を強化し、1KVの引き出し電圧で引出した。蒸
着室は１×10-4Torrとなつており、ここに、700
℃に加熱した基板を設置した。イオンビームと基
板の間に第１図の如くＷフイラメント１からの電
子ビームが当るようにした。この時Ｗフイラメン
トの温度は2150℃であつた。
を用いて、下記の条件でシリコン基板上に8000Å
の蒸着膜を得た。その条件としては、原料ガスと
してCH4を用い、冷陰極PIGガンに導入する。
50Vに印加した直流放電でこのCH4ガスをプラズ
マ分解し200Gの外部磁場でこのプラズマの励起
を強化し、1KVの引き出し電圧で引出した。蒸
着室は１×10-4Torrとなつており、ここに、700
℃に加熱した基板を設置した。イオンビームと基
板の間に第１図の如くＷフイラメント１からの電
子ビームが当るようにした。この時Ｗフイラメン
トの温度は2150℃であつた。
得られた膜は電子線回折によりダイヤモンド構
造でその格子定数は3.568Åと天然ダイヤモンド
と近いものであつた。又、ラマン分光法によつて
1330cm-1付近にダイヤモンドの特徴的なスペクト
ルが観察された。
造でその格子定数は3.568Åと天然ダイヤモンド
と近いものであつた。又、ラマン分光法によつて
1330cm-1付近にダイヤモンドの特徴的なスペクト
ルが観察された。
比較例として、Ｗフイラメントからの電子照射
をなくした場合、電子線回折では何の回折線も見
られず、ラマン分光法によつては1550cm-1や1400
cm-1のダイヤモンド状炭素膜の特徴を示すピーク
が見られた。
をなくした場合、電子線回折では何の回折線も見
られず、ラマン分光法によつては1550cm-1や1400
cm-1のダイヤモンド状炭素膜の特徴を示すピーク
が見られた。
なお本発明の方法で得た膜が３×1011Ωcmの電
気抵抗であつたのに対し比較例は２×107Ωcmと
低抵抗であつた。更に、第１図の冷陰極PIG型ガ
ンの代りに、熱陰極PIG型ガン又は電子振動式ガ
ンを装着した装置を用いて、前記同様の条件でシ
リコン基板上に蒸着膜を生成させ、得られた膜を
電子線回折で観察したところ、ダイヤモンドの構
造を示す回折線が得られ、ダイヤモンド膜である
ことが確認された。
気抵抗であつたのに対し比較例は２×107Ωcmと
低抵抗であつた。更に、第１図の冷陰極PIG型ガ
ンの代りに、熱陰極PIG型ガン又は電子振動式ガ
ンを装着した装置を用いて、前記同様の条件でシ
リコン基板上に蒸着膜を生成させ、得られた膜を
電子線回折で観察したところ、ダイヤモンドの構
造を示す回折線が得られ、ダイヤモンド膜である
ことが確認された。
第１図は本願発明で用いられたダイヤモンドの
気相合成装置を示す。 １……Ｗフイラメント、２……イオン源、３…
…基板、４……CH4導入口、５……排気口。
気相合成装置を示す。 １……Ｗフイラメント、２……イオン源、３…
…基板、４……CH4導入口、５……排気口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ダイヤモンドを気相合成する方法において、
炭化水素ガスを主原料とし、50V〜3KVの印加電
圧で加速したイオンビームを、５×10-4Torr以
下の真空度に保つた高真空室に設置され加熱され
た基板に衝突以前、もしくは衝突と同時に熱電子
放射銃からの電子ビームを照射することを特徴と
し、かつ、該イオン源が熱陰極または冷陰極PIG
型ガンもしくは電子振動式ガンであり、直流プラ
ズマで炭化水素を分解せしめ、このプラズマに磁
界を与えることによつて分解したイオンやラジカ
ルを一層励起することを特徴とするダイヤモンド
の気相合成法。 ２ 該基板を300℃以上1000℃までの範囲で加熱
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のダイヤモンドの気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58236564A JPS60127299A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58236564A JPS60127299A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127299A JPS60127299A (ja) | 1985-07-06 |
| JPH0135799B2 true JPH0135799B2 (ja) | 1989-07-27 |
Family
ID=17002502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58236564A Granted JPS60127299A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60127299A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6433096A (en) * | 1987-04-03 | 1989-02-02 | Fujitsu Ltd | Gaseous phase synthesis for diamond |
| US4981568A (en) * | 1988-09-20 | 1991-01-01 | International Business Machines Corp. | Apparatus and method for producing high purity diamond films at low temperatures |
| DE202008006069U1 (de) * | 2008-03-10 | 2008-07-17 | Becker Marine Systems Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Verringerung des Antriebsleistungsbedarfes eines Schiffes |
-
1983
- 1983-12-14 JP JP58236564A patent/JPS60127299A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60127299A (ja) | 1985-07-06 |
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