JPH04958B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH04958B2 JPH04958B2 JP58208005A JP20800583A JPH04958B2 JP H04958 B2 JPH04958 B2 JP H04958B2 JP 58208005 A JP58208005 A JP 58208005A JP 20800583 A JP20800583 A JP 20800583A JP H04958 B2 JPH04958 B2 JP H04958B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- reaction chamber
- diamond film
- plasma
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 38
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 17
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子サイクロトロン共鳴プラズマの利
用によるダイヤモンド膜の製造方法に関する。
用によるダイヤモンド膜の製造方法に関する。
ダイヤモンドは高価な装置を使用して超高圧・
超高温のもとで構成されるようになつたが、他
方、高硬度並びに耐摩耗性に優れた切削部材や耐
摩耗部材など、更に、広範な用途に答えると共
に、効率的にダイヤモンドを合成するために化学
気相成長法が研究されている。即ち、フイラメン
トで予備加熱をし、炭化水素の熱分解によつてダ
イヤモンドを析出させたり、或いは、プラズマ中
で炭化水素を分解・励起し、基体上にダイヤモン
ド状の膜を形成する方法など種々の化学気相成長
法が提案されている。
超高温のもとで構成されるようになつたが、他
方、高硬度並びに耐摩耗性に優れた切削部材や耐
摩耗部材など、更に、広範な用途に答えると共
に、効率的にダイヤモンドを合成するために化学
気相成長法が研究されている。即ち、フイラメン
トで予備加熱をし、炭化水素の熱分解によつてダ
イヤモンドを析出させたり、或いは、プラズマ中
で炭化水素を分解・励起し、基体上にダイヤモン
ド状の膜を形成する方法など種々の化学気相成長
法が提案されている。
しかしながら、前者の化学気相成長法によれ
ば、炭化水素の分解速度が遅いことに伴つてダイ
ヤモンドの析出速度が遅くなり、加えて、フイラ
メントの断線が頻繁に生じるということもあつ
て、生産効率が非常に悪いという欠点があつた。
また、後者の化学気相成長法によれば、炭化水素
ガスの圧力が大きいため、ガス内の不純物が多く
なり、加えて、イオン化率が低いために炭化水素
の分解速度が遅くなり、これにより、純度の劣つ
たダイヤモンドが遅い析出速度で形成され、未だ
満足するようなダイヤモンド膜が形成されていな
い。
ば、炭化水素の分解速度が遅いことに伴つてダイ
ヤモンドの析出速度が遅くなり、加えて、フイラ
メントの断線が頻繁に生じるということもあつ
て、生産効率が非常に悪いという欠点があつた。
また、後者の化学気相成長法によれば、炭化水素
ガスの圧力が大きいため、ガス内の不純物が多く
なり、加えて、イオン化率が低いために炭化水素
の分解速度が遅くなり、これにより、純度の劣つ
たダイヤモンドが遅い析出速度で形成され、未だ
満足するようなダイヤモンド膜が形成されていな
い。
本発明は上述のすべての難点を解決するために
完成されたもので、ダイヤモンド生成用プラズマ
のイオン化率を大きくすると共に、そのプラズマ
の寿命を延ばし、これにより、良質のダイヤモン
ド膜を効率的に合成する量産型に相応しいダイヤ
モンド膜の製造方法を提供することにある。
完成されたもので、ダイヤモンド生成用プラズマ
のイオン化率を大きくすると共に、そのプラズマ
の寿命を延ばし、これにより、良質のダイヤモン
ド膜を効率的に合成する量産型に相応しいダイヤ
モンド膜の製造方法を提供することにある。
本発明によるダイヤモンド膜の製造方法は、炭
化水素及び水素ガスを反応室に導入すると共に、
該反応室内部に電子サイクロトロン共鳴プラズマ
を発生させて、基体上にダイヤモンドを気相成長
させることに特徴がある。
化水素及び水素ガスを反応室に導入すると共に、
該反応室内部に電子サイクロトロン共鳴プラズマ
を発生させて、基体上にダイヤモンドを気相成長
させることに特徴がある。
以下、本発明を詳細に説明する。
第１図はダイヤモンド膜を形成するための電子
サイクロトロン共鳴型放電装置であり、図中、反
応室１の外部に電磁石用コイル２を配置して反応
室１内に磁場をかけ、且つマイクロ波（2.45G
Hz）が導波管３を介してこの反応室１へ導入され
る。そして、水素ガスと共にダイヤモンド生成用
ガスとして使用される炭化水素ガス、例えば
CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8などが導入管
４を通して反応室１に導入されると同時に、電子
サイクロトロン共鳴が生じ、電子が炭化水素ガス
と衝突して放電し、プラズマを発生せしめ、基体
５上にダイヤモンド膜が気相成長される。
サイクロトロン共鳴型放電装置であり、図中、反
応室１の外部に電磁石用コイル２を配置して反応
室１内に磁場をかけ、且つマイクロ波（2.45G
Hz）が導波管３を介してこの反応室１へ導入され
る。そして、水素ガスと共にダイヤモンド生成用
ガスとして使用される炭化水素ガス、例えば
CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8などが導入管
４を通して反応室１に導入されると同時に、電子
サイクロトロン共鳴が生じ、電子が炭化水素ガス
と衝突して放電し、プラズマを発生せしめ、基体
５上にダイヤモンド膜が気相成長される。
即ち、電子のサイクロトロン周波数は＝
eB／2πm（但し、ｍ：電子の質量、ｅ：電子の電荷、 Ｂ：磁束密度とする）に基いて、サイクロトロン
運動を起こし、この周波数がマイクロ波
（2.45GHz）の周波数と一致すると共鳴し、その
結果、電子が炭化水素と衝突して成る放電現象が
著しく増大し、プラズマの発生が一層大きくな
る。こおプラズマ発生のために、ガスの圧力を反
応室１の内部で10-3〜10-5torrに設定するのがよ
く、他の気相成長法に比べて著しく減圧すること
ができるため、高純度のプラズマが発生するのに
加え、プラズマの発生率が大きく、且つその寿命
も大きいため、良質のダイヤモンド膜を効率よく
気相成長させることができる。
eB／2πm（但し、ｍ：電子の質量、ｅ：電子の電荷、 Ｂ：磁束密度とする）に基いて、サイクロトロン
運動を起こし、この周波数がマイクロ波
（2.45GHz）の周波数と一致すると共鳴し、その
結果、電子が炭化水素と衝突して成る放電現象が
著しく増大し、プラズマの発生が一層大きくな
る。こおプラズマ発生のために、ガスの圧力を反
応室１の内部で10-3〜10-5torrに設定するのがよ
く、他の気相成長法に比べて著しく減圧すること
ができるため、高純度のプラズマが発生するのに
加え、プラズマの発生率が大きく、且つその寿命
も大きいため、良質のダイヤモンド膜を効率よく
気相成長させることができる。
本発明によれば、水素ガスの導入に伴つて水素
プラズマが発生し、このプラズマによつて生成し
た水素原子や水素イオンがダイヤモンドの合成に
大きく寄与することが判り、しかも、反応室１内
で炭化水素ガス及び水素ガスの合計した容積に対
して炭化水素ガスの容積を50％以下に特定するこ
とが重要である。この特定比が50％を越えると層
中に非晶質が増加してダイヤモンドの優れた特性
を失い、好適には10％以下（０を含まず）とする
のがよい。
プラズマが発生し、このプラズマによつて生成し
た水素原子や水素イオンがダイヤモンドの合成に
大きく寄与することが判り、しかも、反応室１内
で炭化水素ガス及び水素ガスの合計した容積に対
して炭化水素ガスの容積を50％以下に特定するこ
とが重要である。この特定比が50％を越えると層
中に非晶質が増加してダイヤモンドの優れた特性
を失い、好適には10％以下（０を含まず）とする
のがよい。
しかもダイヤモンド膜が形成される基体５は、
析出中、所定範囲内の温度に維持されていること
が必要であり、これにより、気相成長したダイヤ
モンドの構造を維持したまま基体５に付着せし
め、且つ膜状に発達させることができる。その基
体温度は500〜1000℃がよく、この範囲から外れ
ると非晶質が多くなつて良質なダイヤモンド膜が
得られず、望ましくは700〜900℃がよい。
析出中、所定範囲内の温度に維持されていること
が必要であり、これにより、気相成長したダイヤ
モンドの構造を維持したまま基体５に付着せし
め、且つ膜状に発達させることができる。その基
体温度は500〜1000℃がよく、この範囲から外れ
ると非晶質が多くなつて良質なダイヤモンド膜が
得られず、望ましくは700〜900℃がよい。
かくして、本発明によるダイヤモンド膜の製造
方法によれば、炭化水素ガス及び水素ガスを所定
の量比で特定すると共に、反応室内のガス圧を所
定範囲に設定し、且つ基体温度を所定通りにした
場合、炭化水素及び水素を電子サイクロトロン共
鳴によつて電子と衝突せしめて放電させるのに加
え、水素プラズマが寄与し、これにより、高純度
のプラズマが効率よく発生し、基体上に非常に良
質なダイヤモンド膜が形成されることになる。
方法によれば、炭化水素ガス及び水素ガスを所定
の量比で特定すると共に、反応室内のガス圧を所
定範囲に設定し、且つ基体温度を所定通りにした
場合、炭化水素及び水素を電子サイクロトロン共
鳴によつて電子と衝突せしめて放電させるのに加
え、水素プラズマが寄与し、これにより、高純度
のプラズマが効率よく発生し、基体上に非常に良
質なダイヤモンド膜が形成されることになる。
次に本発明の実施例について述べる。
上述した電子サイクロトロン共鳴型放電装置を
使用し、初めに、水素ガスを流量45ml／minで、
メタンガスを流量５ml／minで反応室１へ導入し
た。これにより、反応室１内の圧力を常時２×
10-4torrに設定しつつ、基体温度も850℃に設定
した。次いで、マイクロ波（2.45GHz）を導波管
３を介して反応室１へ導入し、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを発生させることにより、基体５
上に、厚み３mmの透明状ダイヤモンド膜を形成し
た。
使用し、初めに、水素ガスを流量45ml／minで、
メタンガスを流量５ml／minで反応室１へ導入し
た。これにより、反応室１内の圧力を常時２×
10-4torrに設定しつつ、基体温度も850℃に設定
した。次いで、マイクロ波（2.45GHz）を導波管
３を介して反応室１へ導入し、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを発生させることにより、基体５
上に、厚み３mmの透明状ダイヤモンド膜を形成し
た。
かくして得られたダイヤモンド膜をＸ線回折に
より分析したところ、ダイヤモンドと同定できる
ピークが確認でき、その存在が判明できた。ま
た、このダイヤモンド膜のピツカース硬度及び電
気特性を測定したところ、それぞれ、6500Kg／mm2
及び５×10-13Ω・cmとなり、これらの数値は完
全なダイヤモンド結晶の特性とほぼ一致している
ため、著しく結晶性の高いダイヤモンド膜ができ
たことが判つた。
より分析したところ、ダイヤモンドと同定できる
ピークが確認でき、その存在が判明できた。ま
た、このダイヤモンド膜のピツカース硬度及び電
気特性を測定したところ、それぞれ、6500Kg／mm2
及び５×10-13Ω・cmとなり、これらの数値は完
全なダイヤモンド結晶の特性とほぼ一致している
ため、著しく結晶性の高いダイヤモンド膜ができ
たことが判つた。
上述の実施例から明らかなように、本発明によ
るダイヤモンド膜の製造方法によれば、炭化水素
ガス及び水素ガスからイオン密度の高い電子サイ
クロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させたこ
とにより、ダイヤモンドの合成が著しく促進さ
れ、不純物の少ない非常に良質なダイヤモンド膜
が基板状に形成できるようになつた。
るダイヤモンド膜の製造方法によれば、炭化水素
ガス及び水素ガスからイオン密度の高い電子サイ
クロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させたこ
とにより、ダイヤモンドの合成が著しく促進さ
れ、不純物の少ない非常に良質なダイヤモンド膜
が基板状に形成できるようになつた。
更に、フイラメントなどプラズマ発生用の熱源
を使用しないため、かかる熱源の不良によつてダ
イヤモンド膜の形成が阻害されず、安定した製造
が維持できるという利点も有し、その結果、量産
型に相応しく、且つ信頼性の高いダイヤモンド膜
の製造方法が提供できる。
を使用しないため、かかる熱源の不良によつてダ
イヤモンド膜の形成が阻害されず、安定した製造
が維持できるという利点も有し、その結果、量産
型に相応しく、且つ信頼性の高いダイヤモンド膜
の製造方法が提供できる。
第１図はダイヤモンド膜を形成するための電子
サイクロトロン共鳴型放電装置の概略図である。 ５……反応室、２……電磁石用コイル、３……
導波管、４……ガス導入管、５……基体。
サイクロトロン共鳴型放電装置の概略図である。 ５……反応室、２……電磁石用コイル、３……
導波管、４……ガス導入管、５……基体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素ガス及び水素ガスを反応室に導入す
ると共に、該反応室内部に電子サイクロトロン共
鳴プラズマを発生させて、基体上にダイヤモンド
を気相成長させることを特徴とするダイヤモンド
膜の製造方法。 ２ 前記反応室内部で、炭化水素ガス及び水素ガ
スの合計した容積に対して炭化水素ガスの容積を
50％以下とした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膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58208005A JPS60103098A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58208005A JPS60103098A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31156392A Division JPH0742198B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60103098A JPS60103098A (ja) | 1985-06-07 |
| JPH04958B2 true JPH04958B2 (ja) | 1992-01-09 |
Family
ID=16549090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58208005A Granted JPS60103098A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60103098A (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6265997A (ja) * | 1985-09-18 | 1987-03-25 | Nippon Soken Inc | ダイヤモンド合成方法およびその装置 |
| US6677001B1 (en) * | 1986-11-10 | 2004-01-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Microwave enhanced CVD method and apparatus |
| US5433788A (en) * | 1987-01-19 | 1995-07-18 | Hitachi, Ltd. | Apparatus for plasma treatment using electron cyclotron resonance |
| KR900008505B1 (ko) * | 1987-02-24 | 1990-11-24 | 세미콘덕터 에너지 라보라터리 캄파니 리미티드 | 탄소 석출을 위한 마이크로파 강화 cvd 방법 |
| US5075095A (en) * | 1987-03-30 | 1991-12-24 | Crystallume | Method for preparation of diamond ceramics |
| US4882138A (en) * | 1987-03-30 | 1989-11-21 | Crystallume | Method for preparation of diamond ceramics |
| US4926791A (en) | 1987-04-27 | 1990-05-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Microwave plasma apparatus employing helmholtz coils and ioffe bars |
| US5190824A (en) | 1988-03-07 | 1993-03-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electrostatic-erasing abrasion-proof coating |
| US6224952B1 (en) | 1988-03-07 | 2001-05-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electrostatic-erasing abrasion-proof coating and method for forming the same |
| US5104634A (en) * | 1989-04-20 | 1992-04-14 | Hercules Incorporated | Process for forming diamond coating using a silent discharge plasma jet process |
| JPH0317274A (ja) * | 1990-06-01 | 1991-01-25 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 被膜形成方法 |
| KR930011413B1 (ko) | 1990-09-25 | 1993-12-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 겐큐쇼 | 펄스형 전자파를 사용한 플라즈마 cvd 법 |
| US5427827A (en) * | 1991-03-29 | 1995-06-27 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Deposition of diamond-like films by ECR microwave plasma |
| JPH07122137B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1995-12-25 | 株式会社島津製作所 | 硬質カーボン膜形成方法 |
-
1983
- 1983-11-04 JP JP58208005A patent/JPS60103098A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60103098A (ja) | 1985-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4816286A (en) | Process for synthesis of diamond by CVD | |
| JPH0346436B2 (ja) | ||
| JPH04958B2 (ja) | ||
| JPS5927753B2 (ja) | ダイヤモンドの合成法 | |
| JPH0288497A (ja) | 単結晶ダイヤモンド粒子の製造方法 | |
| JPH08225395A (ja) | ホウ素ドープされたダイヤモンドの製造方法 | |
| JPH04959B2 (ja) | ||
| JPS61158899A (ja) | ダイヤモンド膜の製法 | |
| JPH0566359B2 (ja) | ||
| JPS6136200A (ja) | ダイヤモンドの気相合成法 | |
| JPS6221757B2 (ja) | ||
| JPS59232991A (ja) | ダイヤモンド薄膜の製造法 | |
| JPS62158195A (ja) | ダイヤモンドの合成法 | |
| JPS6054996A (ja) | ダイヤモンドの合成法 | |
| JPS63277767A (ja) | 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 | |
| JPS5935092A (ja) | ダイヤモンドの気相合成法 | |
| JPH0471034B2 (ja) | ||
| JPS63265890A (ja) | ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法 | |
| JPH0524991B2 (ja) | ||
| JPH0742198B2 (ja) | ダイヤモンド膜の製造方法 | |
| JP2617539B2 (ja) | 立方晶窒化ほう素膜の製造装置 | |
| JPS593098A (ja) | ダイヤモンドの合成法 | |
| JPH0524992B2 (ja) | ||
| JPS60112698A (ja) | ダイヤモンドの製造方法 | |
| JPS63129099A (ja) | ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法 |