JPH08504479A - ヘテロエピタキシャル的に析出されたダイヤモンド - Google Patents

ヘテロエピタキシャル的に析出されたダイヤモンド

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ＣＶＤ及び標準プロセスガスを用いて、Ｓｉ基質上にヘテロエピタキシャルダイヤモンド層を製造するための方法に関するものであり、本方法においては、（ａ）核形成段階の間、負のバイアス電圧をＳｉ基質に印加し、しかも、（ｂ）核形成段階に引き続いて、ダイヤモンド析出が起こる。

Description

【発明の詳細な説明】 ヘテロエピタキシャル的に析出されたダイヤモンド 本発明は、シリコン基材上に蒸気相からヘテロエピタキシャルダイヤモンド層 を生成させるための方法、並びに、この方法によって生成した層及び、それらの 使用に関するものである。 Ｍ．Ｗ．ゲイス等の、ＩＥＥＥ エレクトロン デバイス レターズ ＥＤＬ −８、1987年、第341頁及び、Ｍ．Ｗ．ゲイス等の、J．Vac．Sci．Technol．、 Ａ６、1987年、第1953頁から知られているように、ダイヤモンドは、その優れた 物性の結果として、例えば、 − バンド ギャップ ５．５ ｅＶ − ホール移動度 １８００ ｃｍ2／Ｖs − 電子移動度 ２０００ ｃｍ2／Ｖs − 電子飽和ドリフト速度 ２×１０7 ｃｍ／ｓ − 破壊フィールド １×１０7 Ｖ／ｃｍ − 熱伝導度 ２０ Ｗ／ｃｍＫ − 比誘電率 ５．７ を有し、高温、高周波及び、高出力半導体成分において適合し得る、優れた物質 である。 １９８０年代の初めに、日本人の科学者たちが、ガス状の物質から層として、 あるいは被膜としてダイヤモンドが合成できることを発表した後、数多くの努力 が世界中でなされ、その結果、非常に大きな技術的可能性をもった、この有望な 材料についての新たな応用が見い出された。 ＣＶＤ−ダイヤモンドを能動的又は受動的電気材料として使用するための努力 は、これまでは失敗に終わってきた。なぜならば、最も標準的な基質、即ちシリ コンから、ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル的に析出させることができなか ったからである。しかしながら、エピタクシーは、このような層が期待される電 気的特性を得るための前提条件である。この問題点に対する新たな解決法を開発 して試験するために、過去において数多くの開発がなされてきた。局部的なエピ タキシアル成長は、シリコン基質上でしか得られてきていない（Ｄ．Ｇ．イェン グ、Ｈ．Ｓ．ツアン、Ｒ．Ｆ．サラット及びＧ．Ｊ．フリカ人Appl．Phys．Lett ．第56巻、第1968頁、（1990年）；Ｊ．ナラヤン、Ａ．Ｒ．スリバトラ、Ｍ．ピ ーターズ、Ｓ．ヨコタ及びＫ．Ｖ．ラビ、Appl．Phys．Lett．第53巻、第1823頁 、（1988年））。ヘテロエピタクシーはＣ−ＢＮ上では成功したが、このような ことは粒状物上でしかうまくいかない。なぜならば、現在では、結晶性で、大き な表面のＣ−ＢＮを製造することができないからである（Ｓ．コイズミ、Ｔ．ム ラカミ及びＴ．イヌズカ及びＫ．スズキ、Appl．Phys．Lett．第57巻、第563頁 、（1990年））。シリコンカーバイド（１−ウエハ）、製造が非常に困難なキャ リヤー材料上では、部分的に配向したダイヤモンドの成長（５０％の成長結晶） は、バイアス核形成と共に行われてきているに過ぎない（Ｂ．Ｒ．ストナー及び Ｊ．Ｔ．グラス、Appl．Phys．Lett．第60巻、第698頁、（1992年））。 フィジカル レヴュー ＢＶ．45、ｎｏ．19、第11,067頁以降においては、ス トナー等は、Ｓｉ上でのダイヤモンドの析出を報告した。この方法は、２段階の 工程が提案されているものであって、２％メタン／水素プラズマの場合に、負の バイアス電圧の印加に付随した前処理（核形成）を含んでいる。これは、バイア ス電圧を維持する間、成長相を伴った。得られた層における微結晶は、不規則な 配向を有している。 ユーゴ等の研究グループ（Appl．Phys．Lett．58（10）、第1036頁以降）もま た、２段階の方法を提案している。この第１段階は、ＣＨ4／Ｈ2プラズマを伴っ た負のバイアス電圧の印加に付随して行われ、メタンの比率は４０％である。ダ イヤモンド析出は、「通常の」条件（Ｈ2中に約０．５％のメタン）の下でバイ アスなしに行われる。しかしながら、この方法では、不規則に配向された多結 晶性の層となり、ヘテロエピタキシャル層にはならない。 このように、最も一般的な基質、即ちシリコン上で、ダイヤモンドをヘテロエ ピタキシャル的に析出させることを可能にするような方法は知られていない。 従って、本発明の課題は、シリコン基質上には、ヘテロエピタキシャルダイヤ モンド層を生成させるための方法を提供することである。 この方法に関して、この課題は、請求の範囲第１項に特徴付けられるものによ って解決され、このような層に関しては、請求の範囲第１１項に記載の特徴を有 するものによって解決される。これらの従属クレームは、更に好ましい発展した 具体例をもたらす。 シリコンは、ダイヤモンドに比べて、非常に違った格子パラメーターと低い表 面エネルギーを有しているので、通常の条件の下では、前処理されていないシリ コン上に、高い核密度を形成させることはできず、そのため、ダイヤモンド析出 を達成することができない。 これまでに知られている結果に基づいては驚くべきことに、又、予期しないこ とに、Ｓｉ基質を計画して前処理することにより、機械的なダイヤモンド事前− 核形成を行わなくても、非常に良く配向したダイヤモンド核形成が達成されるこ とが見い出された。 本発明は、３段階の工程を提案している。第１段階では、Ｓｉ表面は前処理さ れる。好ましくは、この操作は、９５０℃以上の基質温度を必要とする１０-9ミ リバールという超高真空での洗浄または浄化であるか、あるいは、プラズマクリ ーニングを、バイアス電圧を用いて又はバイアス電圧なしに、Ｈ2を用いて行う かのいずれかである。これに続いて、核形成とダイヤモンド成長が起こる。 Ｓｉ表面から不純物、特に酸化物及び／又は酸素化合物を取り除くためには、 核形成段階の前に、前記の前処理を行うことが重要であることが明らかになった 。このことは、第１変化（高真空）による、不純物の脱離によって達成され、第 ２変化ではＨ2プラズマ処理によって達成される。 非常に簡単な前処理（数秒）で充分に可能であることがわかった。 プラズマ処理の場合、前処理（Ｓｉ表面洗浄）を、ほぼ１００％のＨ2プラズ マを用いて３００〜１１００℃にて行うことが好ましい。バイアス電圧を印加す る場合には、＋５０〜−３００Ｖで実施することが好ましく、特に好ましいのは −５０Ｖである。 プラズマ前処理の場合には、まず最初に純粋なＨ2プラズマを発生させ、直ち にこれに引き続いて（即ち、数秒後に）核形成段階を行うことで充分である。 本発明の方法では、プラズマ洗浄の間、前記基質に対して、負のバイアス電圧 も印加することが特に好ましい。本発明における、このような展開はまた、引き 続いて行われる核形成を容易にする。 本発明の方法は、全ての標準プロセスガスを用いて実施することができる。以 下に示すプロセスガスが使用でき、ＣＯ＋ＣＨ4、Ｃ2Ｈ5ＯＨ、アセチレン及び アセトン又は、例えばＣＦ4及びメタンである。本発明における特に好ましい具 体例によれば、メタンと水素が、プロセスガスとして使用される。 ＣＨ4／Ｈ2の場合、核形成の間の負バイアスは、６０〜３００Ｖの範囲内であ り、特に約１５０Ｖが好ましく、水素中のメタンの０．１〜１０％のプロセスガ ス流量が供給されるのが望ましいことも明らかとなった。特に好ましいのは、０ ．２〜２％のプロセスガス流量において与えられる。 成長段階は、その後、バイアス電圧を印加せずに、公知の条件の下で実施され る。基質温度を４００〜１１００℃とし、しかも、Ｈ2中のＣＨ4の、０．１〜１ ０％のプロセスガス流量とすることが好ましい。核形成を行うには、０．２〜２ ％のプロセスガス流量を用いて実施することが好ましい。 本発明では、所望の核密度は、核形成段階持続期間に渡って選択することがで きる。ダイヤモンド層の所望の厚みは、析出期間に相関するものとして変化させ ることができる。 このように、従来技術に比べ、本発明の方法は重要な利点をもたらす。 １．本発明による前処理の結果、Ｓｉ−表面は効果的に洗浄され、そのために、 第２段階の間に、配向した核をシリコン上に生成させることができる。 ２．他の大部分の材料に比べて、シリコンは、近頃のマイクロエレクトロニクス 用の基本的な材料である。従って、本発明の方法の結果として、全く新しい応用 の可能性がもたらされ、積層物を製造することができ、この電気的物性は、完全 なダイヤモンド単結晶の電気的物性に近いものである。 ３．本発明の方法は、基質の表面洗浄、核形成、及びダイヤモンド層の成長を、 一つの工程で実施することを可能にする。 本発明の方法を用いて生成された積層物は、個々の微結晶が、０．１〜１００ μｍのエッジ寸法を有し、しかも、Ｓｉ−基質格子上に２０〜１００％配向され ていることを特徴とする。本方法は、（１００）、（１１１）又は（１１０）− 配向されたＳｉ−基質に対して使用することが好ましい。 この配向は、特に、起こり得る誤った配向の構造が１０゜以下である範囲内に あり、基質における対応結晶配向＜ｈｋｌ＞と、微結晶におけるものとは互いに 類似している。 このことは、熱伝導性絶縁積層物（出力半導体、レーザーダイオード等）とし ての使用や、冷却半導体成分における高い電気抵抗性と高い破壊フィールドを有 した熱伝導性層としての使用のような、全く新しい応用への門戸を開く。この他 の可能性のある用途は、高い機械的安定性と低い吸収性を有した光学窓としての 使用、並びに、電子構成品における能動半導体材料としての使用や、ピエゾ抵抗 センサー又はサーミスターとしての使用である。 本発明は、実施例及び添付図面に関連して、以下に、更に詳細に記載されてお り、ここにおいて、 図１は、例示された試験装置を示し、 図２は、典型的な工程順序を示し、 図３は、本発明により生成した層のＳＥＭ写真を示し、 図４は、この表面のラマンスペクトルを示す。 図１は、例示された試験装置を示す。ここに具体的に示されたＭＷＰＣＶＤユ ニット１内で使用が行われ、このユニットは、１．５ＫＷまでの調節可能なマイ クロ波出力を有した、マイクロ波２を発生させるためのマイクロ波発生器を有し ている。本発明によれば、このＭＷＰＣＶＤユニットには、±３００Ｖまで調整 可能なｄ．ｃ．バイアス電圧供給器３が設けられている。 各試験では、析出実験を行う前に、（１００）シリコン基質４を、アセトン超 音波浴内で洗浄した。基質４を反応器１内に位置させた後、真空室を１０-2ミリ バールにまで排気し、前記基質を加熱した。その後、ガス供給器５を通してプロ セスガスを供給し、プラズマ６を発生させる。加熱システム７を用いて反応器を 加熱する。真空は、ポンプ接続８によってもたらされる。水冷却システム９は、 冷却する目的で設けられている。 この層生成方法は、３つの下記の段階において、本発明に従って行われる。 １．基質表面のプラズマ洗浄、 ２．基質バイアス電圧の助けによるダイヤモンド核形成、 ３．ダイヤモンド成長 表１には、この３つの段階におけるパラメーターが挙げられている。ダイヤモ ンド層の厚みは析出時間によって調節される。得ようとする核密度に関連して、 ダイヤモンド核形成は約２〜２００分の時間内に起こる。 図１の装置を用いた本発明の方法における典型的な工程順序が図２に示されて おり、この図は、２種類の曲線の形態になっている。この下側部分は、基質温度 勾配、並びに、１〜１０００分間の間の基質バイアス電圧を示している。この場 合には、プラズマ洗浄のための時間段階は２０分間である。２種類のグラフは、 この時間の間、水素流動が約５００ｓｃｃｍであるのに対して、基質バイアス電 圧が−５０Ｖで、メタン流動が０であることを明らかに示している。この時間段 階の間は、メタン流動が０であり、１００％の水素体積になっている。 引き続いて、負のバイアス電圧は−１５０Ｖに高められ、同時に、約２００ｓ ｃｃｍのメタン流動にセットされ、水素流動がわずかに生じ、その結果、水素体 積割合が８０〜９９体積％で、メタン体積割合が0.5〜２０体積％になる。基質 温度は、これに対応して調節される。 この３０分間の核形成段階が終了した時点で、ダイヤモンド析出時間段階が始 まる。バイアス電圧は基質から除かれ、それゆえ、この時間からは０である。 同時に、水素体積流動が減少して、層の連続成長を可能にする。 この積層物は、Ｘ線回折、極点図分析及び、ＳＥＭによって特徴付けられる。 これらの結果は、この積層物がダイヤモンド相からなることを示している。 図３には、２０時間の析出時間により本発明に従って生成された層の、２つの ＲＥＭ写真が示されている。このＲＥＭ写真から、８０〜９０％の微結晶が配向 していることが明らかである。極点図分析から、ダイヤモンド結晶が、基質と下 記の関係を有していることがわかった。 （００１）ダイヤモンド‖（００１）シリコン 〔０１１］ダイヤモンド‖〔０１１］シリコン ダイヤモンドとシリコンの反射は、Ｘ線回折によってのみ検出された。 図４は、この層のラマンスペクトルを示すものである。１３３５ｃｍ-1におい てダイヤモンドラインをはっきりと見ることができる。 このようにして、本発明の方法を用いることにより、広範囲の可能性をもった ヘテロエピタキシャルダイヤモンド層をシリコン上に析出させることができる。
【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年８月２３日 【補正内容】 補正した請求の範囲 １．ＣＶＤによりＳｉ基質上にヘテロエピタキシャルダイヤモンド層を製造する ための方法であって、標準プロセスガスが、加熱したＳｉ基質を設けた反応器に 供給されるものにおいて、下記の方法段階（ａ）〜（ｃ）： （ａ）真空とし、かつ、前記Ｓｉ基質を３００〜１１００℃の温度に加熱する ことによる、Ｓｉ表面を前処理する段階、 （ｂ）４００〜１１００℃の基質温度にて、−６０〜−３００Ｖの範囲のバイ アス電圧を印加して核形成段階を実施する段階、 （ｃ）バイアス電圧を印加することなく、実質的に公知の条件の下でダイヤモ ンド析出を行う段階 を組み合わせることを特徴とする、ＣＶＤによりＳｉ基質上へのヘテロエピタキ シャルダイヤモンド層の製造方法。 ２．前記の前処理が、１０-9ミリバール以下の超高真空で、しかも、９５０℃以 上の温度で実施されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記の前処理が、９５％以上の水素比率である水素を用い、前記基質温度が ６００〜１１００℃の範囲内にあるプラズマ洗浄であることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の方法。 ４．前記のプラズマ洗浄が、＋５０〜−３００Ｖのバイアス電圧の同時印加に付 随して起こることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記のバイアス電圧が、約−５０Ｖであることを特徴とする請求の範囲第４ 項に記載の方法。 ６．前記のプロセスガスが、ＣＨ4／Ｈ2であることを特徴とする請求の範囲第１ 項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。 ７．前記の核形成段階（方法段階ｂ）の間、前記の負バイアス電圧が好ましくは 約１５０Ｖであり、しかも、水素中のメタンが0.1〜１０％のプロセスガス流量 が使用されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．ダイヤモンド析出（方法段階ｃ）の間、前記のＳｉ基質温度が４００〜１１ ００℃の範囲内であり、しかも、水素中のメタンが0.1〜１０％のプロセスガス 流量が使用されることを特徴とする請求の範囲第６項又は第７項のいずれかに記 載の方法。 ９．前記の核形成段階の継続期間が、所望の核密度の関数として選ばれることを 特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の方法。 10．ダイヤモンド層の所望の厚みが、析出時間の関数として選ばれることを特徴 とする請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の方法。 11．好ましくは（１００）又は（１１１）又は（１１０）配向したＳｉ基質上の ヘテロエピタキシャルダイヤモンド層であって、請求の範囲第１項〜第１０項の いずれか１項に記載の方法に従って製造されたものであることを特徴とするヘテ ロエピタキシャルダイヤモンド層。 12．エッジ寸法が0.1〜１００μｍである個々の微結晶が、前記Ｓｉ基質の格子 上に２０％以上〜１００％配向されていることを特徴とする請求の範囲第１１項 に記載のヘテロエピタキシャルダイヤモンド層。 13．前記の微結晶の配向が、起こり得る誤った配向の構造が１０％以下である範 囲内にあり、基質における対応結晶配向（ｈｋｌ）と、微結晶におけるものとが 類似していることを特徴とする請求の範囲第１１項又は第１２項に記載のヘテロ エピタキシャルダイヤモンド層。 14．熱伝導性、電気的絶縁性層としての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載 のヘテロエピタキシャルダイヤモンド層の使用。 15．高い機械的安定性、低い吸収性及び良好な熱安定性を有した光学窓用材料と しての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載のヘテロエピタキシャルダイヤモ ンド層の使用。 16．電子構成品における能動半導体材料としての、請求の範囲第１１項〜第１３ 項に記載のヘテロエピタキシャルダイヤモンド層の使用。 17．ピエゾ抵抗センサーとしての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載のヘテ ロエピタキシャルダイヤモンド層の使用。 18．サーミスターとしての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載のヘテロエピ タキシャルダイヤモンド層の使用。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０１Ｋ 7/22 Ａ 8505−2Ｆ Ｇ０１Ｌ 9/04 １０１ 7708−2Ｆ Ｈ０１Ｃ 7/04 7371−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/205 8617−4Ｍ (72)発明者 フュッセル，ハンス‐ユルゲン ドイツ連邦共和国、デー‐89547 ゲルシ ュテッテン‐デッティンゲン、クヴェール シュトラーセ ２ (72)発明者 ハルトヴェーク，マルティン ドイツ連邦共和国、デー‐89155 エルバ ッハ、アム ヴァール ５ (72)発明者 ツァッハイ，ラインハルト ドイツ連邦共和国、デー‐89312 ギュン ツブルク、カッペンツィプフェル ９ １ ／２ (72)発明者 レスレル，マンフレート ドイツ連邦共和国、デー‐89075 ウルム、 リートラインヴェーク ８

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．ＣＶＤ、加熱したＳｉ基質を設けた反応器に供給された標準プロセスガスを 用いて、Ｓｉ基質上にヘテロエピタキシャルダイヤモンド層を製造するための方 法であって、下記の方法段階（ａ）〜（ｃ）： （ａ）真空とし、かつ、前記Ｓｉ基質を３００℃以上、好ましくは６００〜１ １００℃の温度に加熱することによる、Ｓｉ表面を前処理する段階、 （ｂ）４００〜１１００℃の基質温度にて、−６０〜−３００Ｖの範囲のバイ アス電圧の印加を伴う核形成段階を実施する段階、 （ｃ）バイアス電圧を印加することなく、実質的に公知の条件の下でダイヤモ ンド析出を行う段階 を組み合わせることを特徴とする、ＣＶＤによりＳｉ基質上へのヘテロエピタキ シャルダイヤモンド層の製造方法。 ２．前記の前処理が、１０-9ミリバール以下の超高真空で、しかも、９５０℃以 上の温度、好ましくは約１０００℃で実施されることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の方法。 ３．前記の前処理が、９５％以上、好ましくは１００％の水素比率である水素を 用い、前記基質温度が６００〜１１００℃の範囲内にあるプラズマ洗浄であるこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記のプラズマ洗浄が、＋５０〜−３００Ｖのバイアス電圧の同時印加によ り起こることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記のバイアス電圧が、約−５０Ｖであることを特徴とする請求の範囲第４ 項に記載の方法。 ６．前記のプロセスガスが、ＣＨ4／Ｈ2であることを特徴とする請求の範囲第 １項〜第５項のいずれか１項に記載の方法。 ７．前記の核形成段階（方法段階ｂ）の間、前記の負バイアス電圧が好ましくは 約１５０Ｖであり、しかも、水素中のメタンが0.1〜１０％のプロセスガス流量 、好ましくは0.2〜２％のプロセスガス流量が使用されることを特徴とする請求 の範囲第６項に記載の方法。 ８．ダイヤモンド析出（方法段階ｃ）の間、前記のＳｉ基質温度が４００〜１１ ００℃の範囲内であり、しかも、水素中のメタンが0.1〜１０％のプロセスガス 流量、好ましくは0.2〜２％のプロセスガス流量が使用されることを特徴とする 請求の範囲第６項又は第７項のいずれかに記載の方法。 ９．前記の核形成段階の継続期間が、所望の核密度の関数として選ばれることを 特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の方法。 10．ダイヤモンド層の所望の厚みが、析出時間の関数として選ばれることを特徴 とする請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の方法。 11．好ましくは（１００）又は（１１１）又は（１１０）配向したＳｉ基質上の ヘテロエピタキシャルダイヤモンド層であって、請求の範囲第１項〜第１０項の いずれか１項に記載の方法に従って製造されたものであることを特徴とするヘテ ロエピタキシャルダイヤモンド層。 12．エッジ寸法が0.1〜１００μｍである個々の微結晶が、前記Ｓｉ基質の格子 上に２０％以上〜１００％配向されていることを特徴とする請求の範囲第１１項 に記載のヘテロエピタキシャルダイヤモンド層。 13．前記の微結晶の配向が、起こり得る誤った配向の構造が１０％以下である範 囲内にあり、基質における対応結晶配向（ｈｋｌ）と、微結晶におけるものと が類似していることを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項に記載のヘテ ロエピタキシャルダイヤモンド層。 14．熱伝導性、電気的絶縁性層としての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載 のヘテロエピタキシャルダイヤモンド層の使用。 15．高い機械的安定性、低い吸収性及び良好な熱安定性を有した光学窓用材料と しての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載のヘテロエピタキシャルダイヤモ ンド層の使用。 16．電子構成品における能動半導体材料としての、請求の範囲第１１項〜第１３ 項に記載のヘテロエピタキシャルダイヤモンド層の使用。 17．ピエゾ抵抗センサーとしての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載のヘテ ロエピタキシャルダイヤモンド層の使用。 18．サーミスターとしての、請求の範囲第１１項〜第１３項に記載のヘテロエピ タキシャルダイヤモンド層の使用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012512801A (ja) * 2008-12-19 2012-06-07 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク ダイヤモンド複合材料を製造する方法
JP2012198196A (ja) * 2011-03-10 2012-10-18 Yokogawa Electric Corp 半導体装置、歪ゲージ、圧力センサおよび半導体装置の製造方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4427714C2 (de) * 1994-08-05 1996-07-11 Daimler Benz Ag Verfahren zum Bekeimen eines Substrats zur späteren Herstellung einer Komposit-Struktur
DE4427715C1 (de) * 1994-08-05 1996-02-08 Daimler Benz Ag Komposit-Struktur mit auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht angeordneter Halbleiterschicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
DE19530161C2 (de) * 1995-08-03 1997-11-20 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten
CN1039595C (zh) * 1995-12-12 1998-08-26 吉林大学 单晶硅上大面积(100)取向的金刚石膜的生长方法
JPH10101481A (ja) * 1996-08-27 1998-04-21 Samsung Electron Co Ltd ダイアモンド薄膜のヘテロエピタクシサイクリックテクスチャー成長法
DE19702311A1 (de) * 1997-01-23 1998-07-30 Daimler Benz Ag Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats
US6037240A (en) * 1997-01-23 2000-03-14 Daimlerchrysler Ag Growth substrate having growth nuclei made of diamonds and/or diamond-like carbon arranged on its growth surface as well as process for a uniform nucleation on the growth substrate
US6413681B1 (en) * 1997-05-21 2002-07-02 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Diamond film for x-ray lithography and making method
DE19844538C2 (de) * 1998-09-29 2002-04-11 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Diamant-Beschichtung von Oberflächen
US7086038B2 (en) * 2002-10-07 2006-08-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. System and method for creating systolic solvers
DE10324558A1 (de) * 2003-05-30 2004-12-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Diamantelektrode für elektrochemische Anwendungen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
CH706020B1 (fr) 2007-09-07 2013-07-31 Patek Philippe Sa Geneve Ressort-moteur pour barillet de mouvement d'horlogerie présentant une durée de marche accrue.
US8746367B2 (en) 2010-04-28 2014-06-10 Baker Hughes Incorporated Apparatus and methods for detecting performance data in an earth-boring drilling tool
US8695729B2 (en) 2010-04-28 2014-04-15 Baker Hughes Incorporated PDC sensing element fabrication process and tool
US8757291B2 (en) 2010-04-28 2014-06-24 Baker Hughes Incorporated At-bit evaluation of formation parameters and drilling parameters
US8800685B2 (en) 2010-10-29 2014-08-12 Baker Hughes Incorporated Drill-bit seismic with downhole sensors
KR20130064478A (ko) 2011-12-08 2013-06-18 삼성전자주식회사 사용자 단말 장치 및 그 배경 화면 표시 방법
US10793972B1 (en) 2017-07-11 2020-10-06 Ii-Vi Delaware, Inc. High quality silicon carbide crystals and method of making the same
JP7002970B2 (ja) * 2018-03-19 2022-01-20 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
US20230383434A1 (en) * 2020-10-13 2023-11-30 Jayeshkumar Dhirajlal Mistry A Process For Producing Diamonds

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63210099A (ja) 1987-02-26 1988-08-31 Nissin Electric Co Ltd ダイヤモンド膜の作製方法
US5015528A (en) * 1987-03-30 1991-05-14 Crystallume Fluidized bed diamond particle growth
US4870030A (en) * 1987-09-24 1989-09-26 Research Triangle Institute, Inc. Remote plasma enhanced CVD method for growing an epitaxial semiconductor layer
JPH02283697A (ja) 1989-04-25 1990-11-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ダイヤモンドコーティング方法およびダイヤモンドコーティング膜
JPH03165064A (ja) * 1989-11-24 1991-07-17 Idemitsu Petrochem Co Ltd ダイヤモンド半導体、該ダイヤモンド半導体を用いた電子デバイス及び素子、該ダイヤモンド半導体素子を用いたサーミスタ
US5397428A (en) * 1991-12-20 1995-03-14 The University Of North Carolina At Chapel Hill Nucleation enhancement for chemical vapor deposition of diamond
JP3194820B2 (ja) * 1992-09-03 2001-08-06 株式会社神戸製鋼所 配向性ダイヤモンド膜の形成方法
US5236545A (en) * 1992-10-05 1993-08-17 The Board Of Governors Of Wayne State University Method for heteroepitaxial diamond film development
JPH0794303A (ja) * 1993-05-04 1995-04-07 Kobe Steel Ltd 高配向性ダイヤモンド薄膜サーミスタ
US5442199A (en) * 1993-05-14 1995-08-15 Kobe Steel Usa, Inc. Diamond hetero-junction rectifying element
JPH0786311A (ja) * 1993-05-14 1995-03-31 Kobe Steel Ltd 高配向性ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ
JP3165064B2 (ja) 1997-04-08 2001-05-14 北海道日本電気ソフトウェア株式会社 Ｓｃｓｉ機器制御装置および制御方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012512801A (ja) * 2008-12-19 2012-06-07 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク ダイヤモンド複合材料を製造する方法
JP2012198196A (ja) * 2011-03-10 2012-10-18 Yokogawa Electric Corp 半導体装置、歪ゲージ、圧力センサおよび半導体装置の製造方法

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DE4233085C2 (de) 1996-10-10
EP0663023A1 (de) 1995-07-19
DE4233085A1 (de) 1994-04-07
US6274403B1 (en) 2001-08-14
EP0663023B1 (de) 1997-08-06

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