JPH03232796A - 合成ダイヤモンド製品ならびにその製造法 - Google Patents

合成ダイヤモンド製品ならびにその製造法

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JPH03232796A
JPH03232796A JP2224141A JP22414190A JPH03232796A JP H03232796 A JPH03232796 A JP H03232796A JP 2224141 A JP2224141 A JP 2224141A JP 22414190 A JP22414190 A JP 22414190A JP H03232796 A JPH03232796 A JP H03232796A
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planar
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Roger W Pryor
ロジヤー　ダブリユウ　プライオア
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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】 （発明の技術分野） 本発明は合成ダイヤモンドの形成方法に関する。
特に本発明は前もって定めた形状をもつダイヤモンド製
品を製作する工程ならびにその工程により製作された製
品に関する。
（発明の技術的背景と課題） ダイヤモンドは、宝石としてその稀少性ならびに美麗さ
が知られている。工業用材料としては、その優秀な硬さ
と耐摩耗性の故に、ダイヤモンドは多くの用途において
好適材料となっている。例えば、ダイヤモンドは研磨作
業用で用いる研磨材として非常に広範囲に適用され、ま
た、ダイヤモンドチップを用いたドリルや切削工具など
は、焼結した炭化物や水晶といった高硬度材料の成形加
工にとって必須となっている。ダイヤモンドに対する工
業上の需要を満たすために、これまでに多くの人によっ
て合成ダイヤモンドの生産のための多くの技術が開発さ
れている。天然ダイヤモンドはもちろん工業上多くの用
途に用いられているが、ダイヤモンド合成は、この独特
な材料の不満足な供給問題解決法として緊急事となって
いる。
ダイヤモンドは立方結晶格子をもち、個々の炭素原子は
他の４個の原子に共有結合して四面体を形成する。この
結晶構造は結晶全体にわたって繰り返し構成され、この
炭素対炭素の結合による網目構造が他の材料と比較にな
らないダイヤモンドの極度に高い硬さを生じているもの
と信じられる。
高温、高圧状態において、炭素からダイヤモンドへの変
換がかなり評価できる速さで起ることが発見された。こ
の現象は、１９５０年の初期に、最初の合成高圧ダイヤ
モンドの登場をもたらした。
大形高圧プレスを用い、しかも「衝撃波ダイヤモンド合
成法」というもう１つの高圧技術も用いて、毎年かなり
なトン数のダイヤモンド粒子が世界的にみて合成されて
いる。高圧技術は、最近では比較的大形の単結晶ダイヤ
モンドを合成するのにも適用されており、この大形単結
晶は電子デバイス類のヒートシンクを作る上でレーザー
カット（レーザビームによる裁断）される。ダイヤモン
ドはこの種の用途では熱伝導度が高いことからして有用
であると評価されよう。
高圧ダイヤモンド合成法には、特有の多くの制約がある
ことからこれに代る技術の開発がこれまで努力し続けら
れている。その結果、開発された技術により、ダイヤモ
ンド薄膜が選定された基板上に、今や形成可能となった
。ダイヤモンド薄膜は、電子工業にとってかなり興味の
もたれるものであって、同業技術者に評価されるように
、ダイヤモンド薄膜はドープ処理の上、ｎ型及びＰ型の
ダイヤモンド層を作り出すことができる。
これまでの先行する析看実験では、現在ダイヤモンド合
成で用いられている基本的技術についてその幾つかを確
立している。しかし、再現性のある皮膜を信頼して形成
するためには多くの開発を必要としている。本明細書で
はそのような信頼できるダイヤモンド材料の結晶核生成
とその成長にせまる新しい方法を提供するものである。
過去において、ダイヤモンドは、単に、選択した基板上
に、単一の炭素含有ガスあるいは炭素含有ガスの単一混
合ガスに対して熱的もしくはプラズマによる分解を施し
て成長させることだけが可能であった。例えば、Ｅｖｅ
ｒｓｏｌｅ　Ａｎｇｕｓらは、ダイヤモンドの種子結晶
上にダイヤモンドと黒鉛とを同時析着さした後、水素エ
ツチングによりこの黒鉛を除去した。ロシャの作業者ら
は、後になって、ＡｎｇｕＳの研究にもとづいてメタン
と水素の混合物を利用した、このＡｎｇｕｓの研究では
、水素で抑制された黒鉛形成工程を用いてダイヤモンド
基板上にダイヤモンド皮膜を生ずるものである。形成さ
れた黒鉛は原子状態の水素によるエツチングで除去され
た。これらの研究努力は後に若干改善され最終的にはダ
イヤモンドではない材質の基板を用いてこれにダイヤモ
ンドを成長させる技術を得た。
ダイヤモンドの化学的蒸着法は、これまでに、加熱フィ
ラメント、直流プラズマ、高周波プラズマ及びマイクロ
波によるガスプラズマを、低圧雰囲気及び高圧雰囲気の
両方の雰囲気を用いて実施されている。供給材料ガスは
基本的には水素とメタンとの混合ガスである。水素成分
は分解して原子水素になる。メタン成分はまた分解して
多分ＣＨ，基となり、この現象はダイヤモンドの結晶成
長を促進する上で役立つと信じられている。
Ｍａｔｓｕｍｏｔｏに与えられたアメリカ特許Ｎｏ、４
，７６７．６０８では、大形ダイヤモンドの基板上への
形成が開示されており、これには電気的プラズマ放電が
用いである。これもまた大形ダイヤモンドを生ずるため
に基板をエツチングで除くことが知られている。
特に、マイクロ波によるダイヤモンドの蒸着法はダイヤ
モンド薄膜生産用の有望な工業的方法として大いに注目
を集めている。基本的には、周波数２．４５　Ｇ）１．
が用いられて、水素を、メタンもしくはアセチレンのよ
うな炭素源ガスとの供給材料ガス混合物を分解する。前
にも延べたように、マイクロ波放射は供給材料ガスを分
解して原子水素と活性炭素基類を生ずる。見本的に、こ
の工程は１０ないし１００ｔｏｎの間の圧力で行われる
。基板は、約５００℃ないしｉ、ｉｏｏ℃の間のある温
度に加熱保持される。若干のダイヤモンド化していない
炭素を含有する多結晶ダイヤモンド膜は大面積基板に対
してこのやり方で形成可能である。形成された晶子（ｃ
ｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ）は基本的にはその大きさは２５
ナノメータと２５ミクロンの間にある。
説明したように、ダイヤモンドでない材質から成る基板
は、また合成ダイヤモンド膜の生産に用いて有効である
。この種の基板は、例えば、ニッケル、銅、及びチタン
といった数種の金属から成り、また、セラミック、炭化
物、窒化物、サファイヤ、シリコン及びグラファイトな
どと同様に用いられる。この他にも非ダイヤモンド基板
として知られているものがある。同業技術分野の者によ
く知られているように、適当な基板は、適量なダイヤモ
ンドの結晶成長を保持するために充分な結晶核成長の場
を提供しなければならない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、成形ダイヤモンド製品を製作する工程であって；化
    学的蒸気を生成し、前記化学的蒸気は前もって選択され
    た基板上にダイヤモンド析着物を形成する活性炭素ガス
    手段を包有し； 前もって定めた形状をもつ非平面の型を用意し、前記型
    の表面は前記化学的蒸気からダイヤモンド成長のための
    結晶核生成の能力をもち、前記非平面形状の型は更に蒸
    着により表面に形成されたダイヤモンド層を遊離する能
    力を備え； 前記非平面形状の型の前記表面を前記化学的蒸気を接触
    させて前記非平面形状の型の表面に合成ダイヤモンドの
    層を形成し、前記化学的蒸気が置かれている条件は前記
    非平面形状の型の形状に合致する形状をもった合成ダイ
    ヤモンド製品を形成するためのダイヤモンド生長の結晶
    核が生成される条件であり；そして、 前記合成ダイヤモンド製品を前記非平面形状の型から遊
    離する、ことから構成されることを特徴とする成形ダイ
    ヤモンド製品の製作工程。 ２、請求項１に記載の工程により作られることを特徴と
    する成形ダイヤモンド製品。 ３、前記活性炭素ガス手段が、メタン、アセチレン、一
    酸化炭素、メタノール、エタノール、二酸化炭素及びこ
    れら物質の組合せ体から成る群から選択した炭素含有気
    体から生成されることを特徴とする請求項１記載の成形
    ダイヤモンド製品の製作工程。 ４、前記化学的蒸気が水素を含有することを特徴とする
    請求項１記載の成形ダイヤモンド製品の製作工程。 ５、前記化学的蒸気がガスプラズマであることを特徴と
    する請求項１記載の成形ダイヤモンド製品の製作工程。 ６、前記ガスプラズマがマイクロ波の放射により生成さ
    れることを特徴とする請求項５記載の成形ダイヤモンド
    製品の製作工程。 ７、前記非平面形状の型が、ニッケル、銅、タングステ
    ン、モリブデン及びこれらの組合せ体から成る群から選
    択した物質からなることを特徴とする請求項１記載の成
    形ダイヤモンド製品の製作工程。 ８、前記合成ダイヤモンド層はその厚さが約５ミクロン
    から約５０００ミクロンであることを特徴とする請求項
    １記載の成形ダイヤモンド製品の製作工程。 ９、成形した合成ダイヤモンド製品の製作方法であって
    ； 水素とダイヤモンド生成用炭素種とを含有するガスプラ
    ズマを生成し； １個の非平面形状の型を用意し、前記非平面形状の型の
    少なくとも外表面はニッケルで形成されており； 前記非平面形状の型に前記ガスプラズマを接触させ； 前記非平面形状の型の上の合成ダイヤモンド層を生長さ
    せ；そして、 前記非平面形状の型と前記合成ダイヤモンド層とを冷却
    しその達した温度において前記非平面形状の型が収縮し
    て前記合成ダイヤモンド層を前記非平面形状の型から遊
    離させて成形合成ダイヤモンド製品を得ることを特徴と
    する成形合成ダイヤモンド製品の製作方法。１０、前記
    ダイヤモンド生成用炭素種は、メタン、アセチレン、一
    酸化炭素、メタノール、エタノール及びこれらの組合せ
    体から成る群から選択した１種のガスから生成されるこ
    とを特徴とする請求項９記載の成形合成ダイヤモンド製
    品の製作方法。 １１、前記ガスプラズマがマイクロ波放射により生成さ
    れることを特徴とする請求項９記載の成形合成ダイヤモ
    ンドの製作方法。 １２、前記合成ダイヤモンド層の厚さは約５ミクロンか
    ら約５０００ミクロンであることを特徴とする請求項９
    記載の生成合成ダイヤモンド製品の製作方法。 １３、成形ダイヤモンド製品の製作方法であって；化学
    的蒸気を発生させ、前記化学的蒸気は前もって選択した
    基板上にダイヤモンド析着物を形成するガス手段を含み
    ； 非平面形状の型を用意し； 前記非平面形状の型上にエッチング（腐食処理）可能な
    材料から成る層を析着させ、前記エッチング可能材料は
    前記化学的蒸気からダイヤモンドを生長させる結晶核を
    生成する領域を有しまた前もって決定した外形を有して
    成り； 前記エッチング可能材料をもつ前記非平面形状の型を前
    記化学的蒸気と接触させて前記エッチング可能層上に合
    成ダイヤモンド層を形成し前記エッチング可能層のもつ
    前記外形と合致する形状をもつダイヤモンド製品を形成
    し； 前記エッチング可能層を腐食剤と接触させて前記エッチ
    ング可能層を除去し；そして、 前記ダイヤモンド製品を前記非平面形状の型から取り除
    く、かかる工程段階から成ることを特徴とする成形ダイ
    ヤモンド製品の製作方法。 １４、請求項１３記載の工程により製作されることを特
    徴とする成形ダイヤモンド製品。１５、前記ガス手段は
    、メタン、アセチレン、一酸化炭素、メタノール、エタ
    ノール及びこれらの組合せ体から成る群から選択した１
    種類の炭素含有ガスから生成される活性炭素種であるこ
    とを特徴とする請求項１３記載の成形ダイヤモンド製品
    の製作方法。 １６、前記化学的蒸気は水素を含有することを特徴とす
    る請求項１３記載の成形ダイヤモンド製品の製作方法。 １７、前記化学的蒸気がガスプラズマであることを特徴
    とする請求項１３記載の成形ダイヤモンド製品の製作方
    法。 １８、前記ガスプラズマはマイクロ波放射により生成さ
    れることを特徴とする請求項１７記載の成形ダイヤモン
    ド製品の製作方法。 １９、前記エッチング可能材料は、けい素、モリブデン
    、チタン及びこれらの組合せ体から成る群から選択され
    ることを特徴とする請求項１３記載の成形ダイヤモンド
    製品の製作方法。 ２０、前記腐食剤が弗化水素であることを特徴とする請
    求項１３記載の成形ダイヤモンド製品の製作方法。 ２１、成形ダイヤモンド製品の製作工程であって；第１
    化学的蒸気を生成し、前記第１化学的蒸気は前もって選
    択した基板上にダイヤモンドを析着させる結晶核生成の
    ためのガス手段を含み；第２化学的蒸気を生成し、前記
    第２化学的蒸気は結晶核が生成した表面にダイヤモンド
    材料を生成させるためのガス手段を含み； 前もって定めた形状をもつ非平面形状の型を用意し、前
    記非平面形状の型の表面は前記第１化学的蒸線鏡関連に
    おいて結晶核の生成したダイヤモンドの生長をさせる能
    力を有し；前記非平面形状の型は蒸着によりその表面上
    に形成されたダイヤモンドの層を遊離させる能力を有し
    ； 前記非平面形状の型の表面を、ダイヤモンド析着物がそ
    の結晶核を生成するそのような条件下にある第１化学的
    蒸気と接触させ、然る後に前記表面を、前記非平面形状
    の型の形状と合致する形状をもった合成ダイヤモンド製
    品を形成するために結晶成長を起すそのような条件下の
    前記第２化学的蒸気と接触させることによって前記非平
    面形状の型上に合成ダイヤモンドの層を形成し；そして
    、前記合成ダイヤモンド製品を前記非平面形状の型から
    取り除く、かかる構成をもつことを特徴とする成形ダイ
    ヤモンド製品の製作工程。 ２２、請求項２１に記載の工程により製作された成形ダ
    イヤモンド製品。
JP2224141A 1989-08-25 1990-08-24 合成ダイヤモンド製品ならびにその製造法 Pending JPH03232796A (ja)

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