JPH0280395A - ダイヤモンド成膜法 - 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】 〔概　要〕 本発明は、良質のダイヤモンドを高速で堆積させる低圧
気相ダイヤモンド成膜法に関し、実用的に十分な膜質の
ダイヤモンド膜を実用的な高速で形成できるダイヤモン
ド成膜法を提供することを目的とし、 太さ０．５　ｔｍ以下の導線とそれより下流側の基板と
を収容した気密流路内で、上記導線に電圧を印加するこ
とによって上記導線にコロナ放電を発生させながら、炭
素化合物含有ガスを、上記導線の周囲を通ってから上記
基板に到達するように流すことによって上記基板上にダ
イヤモンドを堆積させるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は良質のダイヤモンドを高速で堆積させる低圧気
相ダイヤモンド成膜法に関する。

ダイヤモンドはあらゆる材料のうち最高の硬度や、熱伝
導率を有し、電気的には絶縁体で、光学的には、紫外か
ら赤外まで広い範囲で透明で、屈折率も高い。従って、
このような特徴を生かして、工具や、ヒートシンクをは
じめ、各種の応用が期待されている。

〔従来の技術〕

低圧気相ダイヤモンド成膜法としては、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法、ｒｆプラズマＣＶＤ法、アーク放電を利
用する方式をはじめ各種方式が提案されている。しかし
、マイクロ波やｒｆ（無線周波数）を使う方式は成膜速
度が著しく遅く　（〜０．５ｎ／ｈ）、膜質もグラファ
イト等のため黒ずんでおり実用的に不十分である。アー
ク放電を利用する方式は成膜速度は大きい（〜２００μ
ｍ／ｈ）が、膜質はやはり同様に黒ずんでおり実用的に
不十分である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、実用的に十分な膜質のダイヤモンド膜を実用
的な高速で形成できるダイヤモンド成膜法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、太さＱ、　５　ｍ以下の導線とそれより
下流側の基板とを収容した気密流路内で、上記導線に電
圧を印加することによって上記導線にコロナ放電を発生
させながら、炭素化合物含有ガスを、上記導線の周囲を
通ってから上記基板に到達するように流すことによって
上記基板上にダイヤモンドを堆積させることを特徴とす
るダイヤモンド成膜法によって達成される。

本発明の方法においては、太さ０．５　ｕ＋以下の細い
導線に、コロナ放電を発生させる範囲の電圧を印加する
ことによって、導線の周囲に極めて高密度の電界を安定
して形成させる。炭素化合物含有ガスは導線の周囲でこ
の高電界によって完全に分解してプラズマ化し、ダイヤ
モンド膜の形成に特に寄与の大きいｓｐコ軌道を持った
炭素（Ｃ）のみが、上記プラズマ化したガスの流れに運
ばれて基板に到達し、ダイヤモンド膜として堆積する。

これによって、グラファイトや無定形炭素を含まない高
品質のダイヤモンド膜を高速で形成させることができる
。

炭素化合物含有ガスを完全に分解させるのに十分な高密
度の電界を形成させるために、導線の太さは０．５　ｎ
＋以下であることが必要であり、０．３　ｕ＋以下が望
ましく、０．１　ｍｍ以下が最も望ましい。太さの下限
は特に限定する必要はない。ただし、・ガスの分解に必
要なエネルギーの電界が形成される程度に細ければよく
、特にそれ以下に細くしても効果の増加は少ない。導線
の製作上からは１０１Ｍ程度が現状の実際的な下限であ
ろう。

導線に印加する電圧は、直流電圧、交流電圧のいずれで
もよく、コロナ放電を発生させる範囲の電圧が適当であ
る。この範囲より高い電圧ではアーク放電が発生するた
め、放電が不安定化してダイヤモンド膜質が劣化する。

逆に、この範囲より低い電圧ではコロナ放電が発生せず
、炭素化合物含有ガスを完全に分解できる高電界が形成
されない。コロナ放電の電圧は、導線の太さ、上記ガス
の圧力等に応じて適当に選択する。

炭素化合物含有ガスとしては、ダイヤモンド気相成長法
に用いられるガスであればいずれも用いることができる
。ダイヤモンド形成に特に寄与の大きいｓ　ｐ　３軌道
を持った炭素を含む化合物が特に存利である。その典型
的な例は、メタン、アセトン、メチルアルコール、エチ
ルアルコール等である。

〔作　用〕

本発明の方法は、細い導線の周囲に形成される高密度の
電界によって安定なコロナ放電を発生させ、これによっ
て炭素化合物ガスを完全に分解して高エネルギーのプラ
ズマとし、これをガス流で搬送して基板上に堆積させる
ので、高品質のダイヤモンド膜を高速で形成させること
ができる。

以下に、添付図面を参照し、実施例によって本発明を更
に詳しく説明する。

〔実施例〕

第１図に、本発明にしたがった方法を行うための装置の
一例を示す。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ上方、正面から
見た配置であり、一部断面で示しである。

第１図に示すように、高電圧を印加する導線として、リ
ング状のメフシニ電極ホルダ（アルミナ製）２の片面に
０．１ｆｉφのＷ（タングステン）ワイヤを３ｆ１間隔
で張ったメツシュ状電極ｌを用いた。基板ホルダ４はス
テンレス製で内部にヒータを有しており、所定の温度に
コントロールできるようになっている。このメッシュ状
電極１および基板ホルダ４は石英管５の中にはいってお
り真空ポンプにより減圧にできるようになっている。

メツシュ電極ｌと基板ホルダ４の間に高電圧を印加した
状態で石英管の上方より下方へ原料ガス６を流す。する
とメツシュ電極１近傍の高電界による分解生成物が基板
ホルダ４上の基板３に堆積する。

本実施例では、原料ガス６として、１％のＣＨ。

（メタン）を含むＨ２（水素）ガスを用いた（流量は２
００５ＣＣＭ）。基板３としては（１１１）　Ｓ　ｉ基
板を用いた。反応中のガス圧は１００Ｔｏｒｒ、に、基
板温度は８５０℃に設定した。また、メッシュ電極１と
基板３との距離は１５ｍｍにし、その間の印加電圧は直
流１ｋＶとした。

このような条件下で、５時間反応を行ったところ、基板
表面に白濁した半透明の膜が得られた。

厚さは１２０−だったので毎時２４−の成膜速度である
。この膜をＸ＆’ｉ１回折およびラマン分光法で調べた
ところ、グラファイトや無定形炭素を殆ど含まない良質
のダイヤモンド膜であることが確認できた。

本実施例では、石英管の内部を排気してから原料ガスを
導入したが、排気せずに原料ガスでパージし、はぼ大気
圧のガス圧で反応させてもよい。

ガス圧は特に限定する必要はないが、通常は５０〜７６
０Ｔｏｒｒの範囲で設定するとよい。

便利のためメツシュ電極の相手電極を基板ホルダーとし
たが、相手電極は、メツシュ電極に高電界のコロナ放電
を発生させられれば、石英管内の適当な位置に別途設け
てもよい。

なお上記実施例では、原料ガスとして、Ｈ２とＣＨ４を
用いたが、これに限定されるものでないことは云うまで
もない。ＣＨ４０代わりにアセトンや、メチルアルコー
ル、エチルアルコール等、ｓ　ｐ　３軌道を持った、炭
素を含むものは殆ど全て適用可能である。基板もＳｉに
限定されるものではなくＭｏやｐｔ等、他の基板も適用
可能である。また、メツシュ電極の代わりに平行に多数
張った導線を用いても効果は殆ど同じである。電極の材
質も導体でありさえすれば他のものに置き代えることは
可能である。

３・・・基板、 ５・・・石英管、 ４・・・基板ホルダー ６・・・原料ガス。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明による方法で、半透明で高純度
のダイヤモンド膜が得られることが分かった。成膜速度
は、アーク放電を利用する方式には及ばないものの、マ
イクロ波やｒｆを使った方式に比べるとはるかに大きい
０本発明によるダイヤモンド膜は、従来にない、高品質
であり、かつ、成膜速度も実用的に大きいと云える。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明にしたがったダイ
ヤモンド成膜法を実施するための装置の一例を示し、（
Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太さ０．５ｍｍ以下の導線とそれより下流側の基板
   とを収容した気密流路内で、上記導線に電圧を印加する
   ことによって上記導線にコロナ放電を発生させながら、
   炭素化合物含有ガスを、上記導線の周囲を通ってから上
   記基板に到達するように流すことによって上記基板上に
   ダイヤモンドを堆積させることを特徴とするダイヤモン
   ド成膜法。 ２、前記導線をメッシュ状に張ったことを特徴とする請
   求項１記載のダイヤモンド成膜法。