JPS6355196A

JPS6355196A - 高熱伝導性ダイヤモンドの製造方法

Info

Publication number: JPS6355196A
Application number: JP19707186A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kuwae; 桑江　良昇; Masato Kamata; 眞人鎌田; Sakae Kimura; 木村　栄; Katsuhisa Honma; 克久本間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-08-25
Filing date: 1986-08-25
Publication date: 1988-03-09

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は高熱伝導性を有するダイヤモンドを高速で製造
する方法に関する。

（従来の技術）ダイヤモンドは、現在知られている物質の中では、硬度
、熱伝導率が最も大きく、また極めて高い弾性率、圧縮
強さ、電気絶縁性を備え、かつ透明で化学的にも安定な
物質である。したがって、その優れた特性を生かして、
“治工具への耐摩耗コーティング、太陽電池の保護膜、
光学レンズあるいは半導体部品の放熱板等への用途開発
が研究されている。しかしながら、天然のダイヤモンド
は産出量が少なく極めて高価であるため、工業用素材と
して利用するわけにはいかない。

そのため、人造ダイヤモンドの製造研究が盛んに行なわ
れているが、従来知られている高温・高圧下における方
法で製造された人造ダイヤモンドも高価であって、工業
用素材としての有用性には乏しい。しかも、これら天然
ダイヤモンド、人造ダイヤモンドはいずれも、一般には
塊状又は粒状の形状を有し、膜の製造は困難であるため
、ダイヤモンドが備える有用な特性を充分に活用できて
いない。

このようなことから最近では、低温・低圧下でダイヤモ
ンドを気相成長法により製造する研究が活発に進められ
ている。その主要な方法として、加熱した基体の表面に
メタン、エチレン、アセチレン、アセトンのような有機
化合物と水素との混合ガスを導入し、基体に近接した加
熱体（熱フィラメント）の熱エネルギーで混合ガスを熱
分解して活性種を生成させ、基体表面にダイヤモンドを
成長させる方法がある（特公昭５９−２７７５３号公報
、あるいは第３３回応用物理学関係連合講演会予稿集、
１　ｐ−ＺＤ　−６、１９８６年）。この方法は低温・
低圧下で行なわれるので、比較的小さな装置で実現でき
、工業的には有利である。

しかし、今までの所、この方法において、ガス圧力、加
熱体温度等の反応条件と得られるダイヤモンド特性との
関連が明らかになってなく、特にダイヤモンドの熱伝導
性に関しては、熱伝導度が極めて小さかったり、逆に熱
伝導度を太きくしようとすると、成長速度が極めて小さ
くなったりするなどの問題があった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は上記問題点を解消するためになされたものであ
り、加熱体を用いた低温・低圧下での気相成長法により
、高熱伝導性のダイヤモンドを高速で製造し得る方法を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の高熱伝
導性ダイヤモンドの製造方法は反応容器内に基体を設置
し、この反応容器内にアセトンと水素とを含む反応ガス
を導入し、この反応ガスを加熱体で加熱して熱分解する
ことにより前記基体上にダイヤモンドを成長させるにあ
たり、アセトンと水素との相対量が体積比で（アセトン
）／（水素）　＝　２／１００〜３／１００、反応ガス
の圧力が１０Ｔｏｒｒ〜１０気圧、基体と加熱体との距
離が５ｍ未満、加熱体の温度が２２５０℃以上であるこ
とを特徴とする方法である。

上記反応条件は、種々の反応条件とダイヤモンド特性と
の関連を系統的に研究した結果、見い出したものであり
、該反応条件下では、高熱伝導性のダイヤモンドが高速
で生成する。

本発明方法を実施するにあたっては、まず通常の気相成
長法で用いられる反応容器中に基体を配置する。続いて
アセトンと水素とを含む反応ガスを導入する。アセトン
以外の有機化合物をアセトンの代わりに用いると成長速
度が小さい。また、アセトンと水素との相対量は体積比
で（アセトン）／（水素）　＝　２／１００〜３／１０
０が望ましい、　２／１００未満では成長速度が小さく
なり、３／１００を越えると非ダイヤモンド物質や空隙
の形成が優勢になって熱伝導性が悪くなる。また反応ガ
スの圧力は１０Ｔｏｒｒ〜１０気圧が望ましい。１０Ｔ
ｏｒｒ未満では成長速度が極端に小さくなり、１０気圧
を越えるとグラファイトが出来やすい。次いで基体に近
接した加熱体を加熱する。ここで、基体と加熱体との距
離は５ＩＩｆｉ未満が望ましく、５ｎｍ以上では成長速
度が小さくなる。また、加熱体の温度は２２５０℃以上
が望ましい、　２２５０℃未満では、成長速度が小さく
なる熱伝導性が悪くなる。

以上の説明では、■基体設置、■反応ガス導入、■加熱
体加熱、の順次で操作を行なう場合について説明したが
、この順序に限定されるものではなく、例えば■と■の
順序を逆にしてもよい。

なお、基体自体は４００℃以上に加熱した方がダイヤモ
ンドの成長速度は大きく、熱伝導度も向上するので有効
である。

反応ガス中にホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジ
ウムもしくはタリウムの単体もしくはその化合物のうち
少なくとも１種又は窒素、リン、ヒ素、アンチモンもし
くはビスマスの単体もしくはその化合物のうち少なくと
も１種を含有させれば半導体特性を有する高熱伝導性の
ダイヤモンドを高速に製造することができる。

熱伝導特性等が向上する。電子線の照射条件は無放電、
すなわち気体放電が起らない条件が選択されるが、実用
上、加速電圧を２０〜ａｏｏｖ、電流密度を５〜３００
ｍＡ／　ａｌとすることが望ましい。また、電子線の照
射源は特に限定されないが、加熱体から熱電子を照射す
る方法や、通常の電子銃を用いる方法が好適である。

上記のような本発明方法によれば、非ダイヤモンド成分
や空隙が少なく、熱伝導性の良いダイヤモンドを高速で
製造することができる。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１基体としてシリコンを用い、該基体表面に以下のように
ダイヤモンドを成長させた。該基体を反応容器の中に設
置し、７００℃に加熱保持した０次いで、ガス入口から
反応容器内にアセトンと水素との混合ガス（体積比２．
５　：　１００）を６０＋ａＱ／ｌｌ１ｉｎの流量で導
入し、ガス出口から排気して反応容器内の圧力を約３０
０Ｔｏｒｒに維持した。続いて、基体から３０１１１離
れた直径０．１閣のタングステン線から成る加熱体を２
３００℃に直接通電加熱して保持した。この結果、１時
間後には膜厚８−のダイヤモンド膜が出来た。この膜の
熱伝導率を光交流法により室温で測定したところ、１４
００Ｗｍ−１に−１であった。

実施例２〜７本発明に係る実施例２〜７を実施例１と共に表１に示す
。

比較例１〜８反応ガス組成、アセトンと水素との相対量、反応ガス圧
力、基体と加熱体との距煎、加熱体温度のうち少なくと
も１つが本発明の範囲にないものを、比較例１〜８とし
て表１に示す。

表１から、本発明の高熱伝導性ダイヤモンドの製造方法
によれば、高熱伝導性ダイヤモンドを高速で形成できる
ことが明らかである。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明方法によれば、熱伝導性の優
れたダイヤモンドを迅速に作ることができ、工業上極め
て有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応容器内に基体を設置し、この反応容器内にア
セトンと水素とを含む反応ガスを導入し、この反応ガス
を加熱体で加熱して熱分解することにより前記基体上に
ダイヤモンドを成長させるにあたり、アセトンと水素と
の相対量が体積比で（アセトン）／（水素）＝２／１０
０〜３／１００、反応ガスの圧力が１０Ｔｏｒｒ〜１０
気圧、基体と加熱体との距離が５ｍｍ未満、加熱体の温
度が２２５０℃以上であることを特徴とする高熱伝導性
ダイヤモンドの製造方法。
（２）基体上に電子線を照射することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の高熱伝導性ダイヤモンドの製造
方法。