JPS63259079A - ダイヤモンド状炭素の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はダイヤモンド状炭素の製造方法に関し、さら
に詳しく言うと、たとえば光学用材料、電子材料、化学
工業材料などに広く利用することができるダイヤモンド
状炭素を速い堆積速度で効率よく製造することができる
ダイヤモンド状炭素の製造方法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 近年、ダイヤモンド状炭素の合成技術が著しい発展を遂
げつつある。

そして、これまでに、炭化水素をプラズマ分解してダイ
ヤモンド状炭素を析出するプラズマＣＶＤ法、不均等化
学反応を利用して基板表面にダイヤモンド状炭素を析出
する化学輸送法、熱陰極ＰＩＧガン、冷陰極ＰＩＧガン
あるいはスパッターガンを用いたイオン化蒸着法などの
種々の合成技術が知られるに至っている。

しかし、これらの従来の方法においては、いずれも炭化
水素あるいは炭化水素と水素ガスおよび／またはアルゴ
ンガスなどの不活性ガスとの混合ガスを原料に用いるの
で、ダイヤモンド状炭素の堆積速度が遅く、生産性が低
いという聞届を有していた。

［発明の目的］ この発明の目的は前記問題点を解消し、プラズマＣＶＤ
法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、イオン化蒸着法およ
びイオンビーム蒸着法のいずれの方法による場合であっ
ても、速い堆積速度で効率よ〈ダイヤモンド状炭素を製
造することかでさるダイヤモンド状炭素の製造方法を提
供することである。

［前記目的を達成するための手段］ 前記目的を達成するためのこの発明の概要は、■含酸素
有機化合物および／または含窒素有機化合物からなる炭
素源ガスならびに■炭素源ガスと水素ガスおよび／また
は不活性ガスとの混合ガスのいずれかを励起して得られ
るガスを、１Ｏ−９〜１０２ｔｏｒｒの減圧下に、温度
６００℃以下の基板に接触させることを特徴とするダイ
ヤモンド状炭素の製造方法である。

前記含酸素有機化合物としては、メタノール、エタノー
ル、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール
、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコールなどの
飽和−価アルコール：ｎ−オクタノール、ノナノール−
２、ｎ−デカノール、ウンデカノール−２、ラウリルア
ルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコールな
どの脂肪族アルコール；アリルアルコール、グロチルア
ルコール、２−ブテノ−ルー１．２−ペンテノ−ルー１
、オレイルアルコールなどの不飽和−級アルコール：エ
チレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレン
グリコール、グリセリンなどの多価アルコール；フェノ
ール、クレゾール、ｐ　−ｔｏｒｒ−ブチルフェノール
、ｐ−ｔｅｒｔ−アミルフェノール、ｏ−５ｅｃ−アミ
ルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、０−フェニルフ
ェノールなどのフェノール類；ギ酸、酢酸、プロピオン
酸、醋酸、Ｕギ酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル
酸、ヘキセン酸、ヘプテン酸、オクテン酸、ラウリン酸
、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン
酸、オレイン酸などの脂肪＃：プロビオン酸デシル、酪
酸デシル、酪酸ヘプチル、醋酸オクチル、カプロン酸ビ
ニル、カプロン酸プロピルなどのエステル類：ホルムア
ルデヒド、アセトアルデヒド、エナントアルデヒド、ア
クロレイン、クロトンアルデヒド、ベンズアルデヒドな
どのアルデヒド類、アセトン、ビナコリン、メシチルオ
キシド、アセトフェノン、ベンゾフェノンなどのケトン
類および一酸化炭素、二酸化炭素などが挙げられる。こ
れらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用し
てもよい。

これらの中でも、特に好ましいのはメタノール、エタノ
ールなどの飽和−価アルコール、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒドなどのアルデヒド類およびアセトン、ビ
ナコリンなとのケトン類である。

前記含窒素有機化合物としては、カプロニトリル、エナ
ントニトリル、カプリロニトリルなどの脂肪族ニトリル
；ヘキシルアミン、イソヘキシルアミン、ヘプチルアミ
ン、オクチルアミン、２−オクチルアミン、デシルアミ
ン、ウンデシルアミン、ラウリルアミン、トリデシルア
ミン、ジオクチルアミン、ジオクチルアミン、ジオクチ
ルアミン、ジノニルアミン、Ｎ−メチル−ヘキシルアミ
ン、Ｎ−メチル−へブチルアミン、Ｎ−メチル−オクチ
ルアミン、Ｎ、Ｎ−ジメチル−へキシルアミン、Ｎ、Ｎ
−ジメチル−へブチルアミン、Ｎ、Ｎ−ジメチル−オク
チルアミン、Ｎ、Ｎ−ジエチル−ラウリルアミン、Ｎ、
Ｎ−ジエチル−トリデシルアミン、トリメチルアミン、
トリエチルアミン、トリヘキシルアミン、トリオクチル
アミンなどのアミン類；ヘキシル７ミド、ヘプチルアミ
ド、オクチルアミド、ノニルアミド、デシルアミド、カ
プリル酸アミド、カプリン酸アミド、ラウリン酸アミド
、ミリスチン酸アミドなどのアミド類などが挙げられる
。

これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用
してもよい。

これらの中でも、好ましいのはトリメチルアミン、トリ
エチルアミンなどのアミン類である。

この発明においては、前記含酸素有機化合物および前記
含窒素有機化合物のいずれかを単独で用いてもよいし、
前記含酸素有機化合物の１種または２種以上と前記含窒
素有機化合物の１種または２種以上とを組合わせて用い
てもよい。

前記水素ガスは、前記含酸素有機化合物および／または
前記含窒素有機化合物からなる炭素源ガスと混合して用
いることができ、プラズマＣＶＤ法においては高周波ま
たはマイクロ波の照射によってプラズマを形成し、ＣＶ
Ｄ法においては熱または放電により原子状水素を形成す
る。

この原子状水素は、ダイヤモンド状炭素の析出と同時に
析出する黒鉛構造の炭素を除去する作用と析出したダイ
ヤモンド結晶中の炭素原子のＳＰ３構造を高温において
も維持する作用を有するものである。

前記不活性ガスは、特に、スパッタリング法、イオン化
蒸着法、イオンビーム蒸着法を採用する場合に前記含酸
素有機化合物および／または含窒素有機化合物からなる
炭素源ガスと混合して用いるものであり、アーク放電空
間中でイオン化することにより炭素原子をたたき出して
炭素をイオン化する作用を有するものである。この不活
性ガスとしては、たとえばアルゴンガス、ネオンガス、
ヘリウムガス、キセノンガス、窒素ガスなどが挙げられ
る。また、この不活性ガスは、プラズマＣＶＤ法および
ＣＶＤ法のいずれかを採用する場合に、前記水素ガスと
組合わせてキャリヤーガスに用いることもできる。

この発明の方法においては、以下の条件下に反応が進行
して、反応室内に設けた基板表面にアモルファス構造を
有するダイヤモンド、すなわち、ダイヤモンド状炭素が
析出する。

前記水素ガスと前記含酸素有機化合物および／または含
窒素有機化合物との混合比は、通常、水素ガス／含酸素
有機化合物および／または含窒素有機化合物が１０００
以下である。

この混合比が１０００を超える場合には、ダイヤモンド
状炭素の析出速度が遅くなったり、ダイヤモンド状炭素
が析出しないことがある。

前記不活性ガスと前記含酸素有機化合物および／または
含窒素有機化合物との混合比は、通常、不活性ガス／含
酸素有機化合物および／または含窒素有機化合物が、通
常、１０００以下である。

この混合比が１０００を超える場合には、ダイヤモンド
状炭素が析出しないことがある。

この発明の方法における反応圧力、すなわち反応室内の
圧力は、通常、１０−９〜１０２ｔｏｒｒ、好ましくは
１０−−９〜１０ｔｏｒｒである０反応圧力が１Ｏ−９
ｔｏｒｒよりも低い場合には、ダイヤモンド状炭素の析
出速度が遅くなったり、ダイヤモンド状炭素が析出しな
いことがある。

この発明における基板表面の温度は、通常、室温〜８０
０℃、好ましくは室温〜４００℃である。この温度を６
００℃より高くしても、それに相当する効果は得られな
い。

この発明の方法により得ることのできるダイヤモンド状
炭素は、ダイヤモンドの結晶でもなく、また、無定形で
アモルファスな炭素、あるいは黒鉛炭素でもない、この
ダイヤモンド状炭素は概ね次のような物性を有している
。

密　度：約２　ｇ／ｃ層３ ビッカース硬度；　ｔｏｏｏ　Ｎｅｏｏ。

比抵抗；　１（−９〜１０１４　０ｃ ｍ屈折率；１．５〜２．８ 光学的バンドギャップ；１．０〜２．８ｅＶ光透過性；
良好 この発明の製造方法により得られるダイヤモンド状炭素
は、高い硬度を有することから、たとえば切削工具（バ
イト）のコーティングに利用したり、優れた熱放散性お
よび電気絶縁性を有することから、エレクトロニクス材
料部品に利用したりすることができる。

［発明の効果］ この発明によると、 （１）　　ダイヤモンド状炭素の堆積速度が従来法に比
較してきわめて速いので、生産性が高く、（２）シかも
、原料の種類が豊富であり、（３）　　また、従来法に
おいて使用する装置をそのまま使用することができるの
で、工業的に有利である、 等の種々の効果を有するダイヤモンド状炭素の製造方法
を提供することができる。

〔実施例〕

次いで、この発明の実施例および比較例を示し、この発
明についてさらに詳しく説明する。

（実施例１） 平行平板電極を用いた１３．５８　ＭＨｚの高周波電源
を使用し、基板温度１００℃、圧力１Ｏ−２ｔａｒｒ（
Ｆ）条件下に出力を３００Ｗに設定した。

次に、この反応室内にアセトンをｉ量１０ｓｃｃ薦で導
入して、高周波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド状
炭素の合成を行って、前記温度に制御した基板上に堆積
物を得た。なお、基板にはシリコンウェハを用いた。ま
た、このときの堆積速度は毎分４７０Ａであった。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を行なったと
ころ、ラマン散乱スペクトルの１５００ｃｍ−１付近が
ブロードなピークを示し、ダイヤモンド状炭素であるこ
とを確認した。

（実施例２） 前記実施例１において、アセトンの代りにメタノールを
用い、その流量を２０ｓｃｃｍにしたほかは。

前記実施例１と同様にして高周波プラズマＣＶＤ法によ
りダイヤモンド状炭素の合成を行った。

このとき、ダイヤモンド状炭素の堆積速度は毎分３６０
人であった。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を行なったと
ころ、ラマン散乱スペクトルの１５００ｃｍ−１付近が
ブロードなピークを示し、ダイヤモンド状炭素であるこ
とを確認した。

（比較例１） 前記実施例１において、アセトンの代りにメタンを用い
、その流量を２０ｓｃｃ層にしたほかは、前記実施例１
と同様にして高周波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモン
ド状炭素の合成を行った。

その結果、ダイヤモンド状）５素の堆積速度は毎分８０
Ａであり、実施例１および２のいずれに比較しても遅か
った。

（実施例３） 公知のイオン化蒸着装置を用いて、基板温度３００℃、
基板電圧−６００ｖ、イオン電流５ｍＡ、放電電流０．
４Ａ、磁束密度２００Ｇ、ガス圧力１Ｏ−２ｔｏｒｒの
条件下に、アセトンを炭素源ガスとしてダイヤモンド状
炭素の合成を行なった。なお、基板にはシリコンウェハ
を使用した。また、このときの堆積速度は毎分子ｏｏｏ
Ａであった。

得られた堆積物について、ラマン分光分析を行なったと
ころ、ラマン散乱スペクトルの１５００ｃｍ−１付近が
ブロードなピークを示し、ダイヤモンド状炭素であるこ
とを確認した。

（比較例２） 前記実施例３において、アセトンに代えてメタンを用い
たほかは、前記実施例３と同様にしてダイヤモンド状炭
素の合成を行なった。

その結果、ダイヤモンド状炭素の堆積速度は毎分１８０
Ａであり、実施例３に比較して遅かった。

特許出願人　　出光石油化学株式会社 ・　　７：・ いノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ［１］（１）酸素有機化合物および／または含窒素有機
   化合物からなる炭素源ガスならびに（２）炭素源ガスと
   水素ガスおよび／または不活性ガスとの混合ガスのいず
   れかを励起して得られるガスを、１０＾−＾９〜１０＾
   ２ｔｏｒｒの減圧下に、温度６００℃以下の基板に接触
   させることを特徴とするダイヤモンド状炭素の製造方法
   。