JPH05105584A - 合成ダイヤモンド析出用基体の温度調整法 - Google Patents
合成ダイヤモンド析出用基体の温度調整法Info
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- JPH05105584A JPH05105584A JP29789191A JP29789191A JPH05105584A JP H05105584 A JPH05105584 A JP H05105584A JP 29789191 A JP29789191 A JP 29789191A JP 29789191 A JP29789191 A JP 29789191A JP H05105584 A JPH05105584 A JP H05105584A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基体の中心部と外周部の温度勾配を軽減させ
て析出面積を拡大し、よって高い変換率により高品位の
ダイヤモンド結晶膜を気相析出することができる合成ダ
イヤモンド析出用基体の温度調整法を提供する。 【構成】 熱プラズマを用いて基体面に合成ダイヤモン
ドを気相析出するにあたり、基体ホルダーの上面に基体
が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に直径(D)に対す
る厚さ(T) の比(D/T) を40以下に設定した基体をセット
する。または、前記の円形凹部に底面中心部が接触する
状態で基体にセットする。
て析出面積を拡大し、よって高い変換率により高品位の
ダイヤモンド結晶膜を気相析出することができる合成ダ
イヤモンド析出用基体の温度調整法を提供する。 【構成】 熱プラズマを用いて基体面に合成ダイヤモン
ドを気相析出するにあたり、基体ホルダーの上面に基体
が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に直径(D)に対す
る厚さ(T) の比(D/T) を40以下に設定した基体をセット
する。または、前記の円形凹部に底面中心部が接触する
状態で基体にセットする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属の基体面に合成ダ
イヤモンドの結晶膜を気相析出させるにあたり、基体面
の温度分布を均一にして原料成分に対するダイヤモンド
変換率を高めるための合成ダイヤモンド析出用基体の温
度調整法に関する。
イヤモンドの結晶膜を気相析出させるにあたり、基体面
の温度分布を均一にして原料成分に対するダイヤモンド
変換率を高めるための合成ダイヤモンド析出用基体の温
度調整法に関する。
【０００２】
【従来の技術】直流もしくは高周波の熱プラズマを用
い、気相合成法によって基体上に合成ダイヤモンドを析
出する場合には、基体温度をダイヤモンド析出温度域に
保持するため基体を水冷等の手段により冷却する必要が
ある。この状態を高周波熱プラズマ法を例として図示す
ると図４のようになり、上部から原料となる炭化水素、
水素、アルゴン等の混合ガスがプラズマトーチ２内に供
給され、周辺のワークコイル１により発生した熱プラズ
マフレーム３が、ノズル４からチャンバー５内に設けら
れた水冷式の基体ホルダー６に載置する基体７の上面に
吹きつけられ、ダイヤモンドの結晶膜に変換する。
い、気相合成法によって基体上に合成ダイヤモンドを析
出する場合には、基体温度をダイヤモンド析出温度域に
保持するため基体を水冷等の手段により冷却する必要が
ある。この状態を高周波熱プラズマ法を例として図示す
ると図４のようになり、上部から原料となる炭化水素、
水素、アルゴン等の混合ガスがプラズマトーチ２内に供
給され、周辺のワークコイル１により発生した熱プラズ
マフレーム３が、ノズル４からチャンバー５内に設けら
れた水冷式の基体ホルダー６に載置する基体７の上面に
吹きつけられ、ダイヤモンドの結晶膜に変換する。
【０００３】この際、熱プラズマフレームの中心部は数
1000℃から10000 ℃以上にも達するため、通常、ノズル
と基体間の距離や入力電力などを制御して基体温度を調
整する方法が採られているが、この方法による場合には
プラズマ温度の低下を招き易くダイヤモンドの析出速度
を減退させる要素が多い。また、図４に示したようにノ
ズル４から出た熱プラズマフレーム３は基体７の中心部
には垂直かつ急激に当たるものの、その外周部ではガス
の流れは基板面と平行になる。さらに基板７は熱伝導性
の良好な銅、モリブデン、鉄等の金属材料で構成されて
いるうえに、底部から水冷されている関係で基板には中
心部から外周部に向かって大きな温度勾配が生じる。
1000℃から10000 ℃以上にも達するため、通常、ノズル
と基体間の距離や入力電力などを制御して基体温度を調
整する方法が採られているが、この方法による場合には
プラズマ温度の低下を招き易くダイヤモンドの析出速度
を減退させる要素が多い。また、図４に示したようにノ
ズル４から出た熱プラズマフレーム３は基体７の中心部
には垂直かつ急激に当たるものの、その外周部ではガス
の流れは基板面と平行になる。さらに基板７は熱伝導性
の良好な銅、モリブデン、鉄等の金属材料で構成されて
いるうえに、底部から水冷されている関係で基板には中
心部から外周部に向かって大きな温度勾配が生じる。
【０００４】このような基体温度の変動を効果的に改善
するダイヤモンド析出用基体の温度調整法として、本発
明者らは基体ホルダーの上面に基体が嵌入する凹部を穿
設し、前記基体および／または凹部の接触面に相互間の
接触面積を可変するための微小溝を刻設する方法を既に
提案した（特願平２−199889号) 。
するダイヤモンド析出用基体の温度調整法として、本発
明者らは基体ホルダーの上面に基体が嵌入する凹部を穿
設し、前記基体および／または凹部の接触面に相互間の
接触面積を可変するための微小溝を刻設する方法を既に
提案した（特願平２−199889号) 。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】合成ダイヤモンドの気
相析出速度は 900〜1000℃の範囲で最大になることが解
明されているため、基体温度はこの温度範囲に調整する
ことが重要な条件とされているが、600 ℃以下では析出
速度は極端に減退する。したがって、基体の中心部と外
周部に大きな温度分布の変動があると、ダイヤモンドの
析出面積が制約されて結果的に原料成分に対するダイヤ
モンド変換率が低下する現象を招く。
相析出速度は 900〜1000℃の範囲で最大になることが解
明されているため、基体温度はこの温度範囲に調整する
ことが重要な条件とされているが、600 ℃以下では析出
速度は極端に減退する。したがって、基体の中心部と外
周部に大きな温度分布の変動があると、ダイヤモンドの
析出面積が制約されて結果的に原料成分に対するダイヤ
モンド変換率が低下する現象を招く。
【０００６】本発明は上記の先行技術を一層発展させた
もので、その目的は基体の中心部と外周部の温度勾配を
軽減させて析出面積を拡大し、よって高い変換率により
ダイヤモンド結晶膜を気相析出することができる合成ダ
イヤモンド析出用基体の温度調整法を提供することにあ
る。
もので、その目的は基体の中心部と外周部の温度勾配を
軽減させて析出面積を拡大し、よって高い変換率により
ダイヤモンド結晶膜を気相析出することができる合成ダ
イヤモンド析出用基体の温度調整法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による第１の合成ダイヤモンド析出用基体の
温度調整法は、熱プラズマを用いて基体面に合成ダイヤ
モンドを気相析出するにあたり、基体ホルダーの上面に
基体が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に直径(D) に
対する厚さ(T) の比(D/T) を40以下に設定した基体をセ
ットすることを構成上の特徴とする。
めの本発明による第１の合成ダイヤモンド析出用基体の
温度調整法は、熱プラズマを用いて基体面に合成ダイヤ
モンドを気相析出するにあたり、基体ホルダーの上面に
基体が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に直径(D) に
対する厚さ(T) の比(D/T) を40以下に設定した基体をセ
ットすることを構成上の特徴とする。
【０００８】本発明に用いる熱プラズマトーチは従来技
術と同一構造のものが使用されるが、基体ホルダーと基
体の形状に改良が加えられている。基体ホルダー部を図
示した図１により説明すると、水冷ジャケットを内蔵
し、底部中心に測温光センサー８を設置した基体ホルダ
ー６の上部に基体７が嵌入して固定保持される凹部８が
穿設されており、この凹部９内に直径(D) に対する厚さ
(T) の比(D/T) を40以下になるように設定加工した基体
７を嵌め込んでセットした形態とする。前記の比(D/T)4
0 以下の条件は、直径に対して一定厚さ以上の肉厚を有
する基体を使用することを意味し、この相対的に厚肉状
の形態が基体全体の温度分布を均一化するために機能す
る。この比(D/T) が40を上廻ると基体肉厚が薄くなって
温度変動の緩和機能は減退し、ダイヤモンド変換率の向
上は期待できなくなる。
術と同一構造のものが使用されるが、基体ホルダーと基
体の形状に改良が加えられている。基体ホルダー部を図
示した図１により説明すると、水冷ジャケットを内蔵
し、底部中心に測温光センサー８を設置した基体ホルダ
ー６の上部に基体７が嵌入して固定保持される凹部８が
穿設されており、この凹部９内に直径(D) に対する厚さ
(T) の比(D/T) を40以下になるように設定加工した基体
７を嵌め込んでセットした形態とする。前記の比(D/T)4
0 以下の条件は、直径に対して一定厚さ以上の肉厚を有
する基体を使用することを意味し、この相対的に厚肉状
の形態が基体全体の温度分布を均一化するために機能す
る。この比(D/T) が40を上廻ると基体肉厚が薄くなって
温度変動の緩和機能は減退し、ダイヤモンド変換率の向
上は期待できなくなる。
【０００９】本発明による第２の合成ダイヤモンド析出
用基体の温度調整法は、熱プラズマを用いて基体面に合
成ダイヤモンドを気相析出するにあたり、基体ホルダー
の上面に基体が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に底
面中心部が接触する状態で基体をセットすることを構成
上の特徴としている。
用基体の温度調整法は、熱プラズマを用いて基体面に合
成ダイヤモンドを気相析出するにあたり、基体ホルダー
の上面に基体が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に底
面中心部が接触する状態で基体をセットすることを構成
上の特徴としている。
【００１０】したがって、この構成においては基体ホル
ダーに基体が嵌入する凹部を穿設する構造は前記の第１
構成と相違ないが、基体面と基体ホルダー間の接触を基
体の底面中心部を介して当接する状態に設計したもので
ある。この状態は、図２に例示したように基体７の底面
を周辺部のみ切削加工して非接触空間10を介在させる
か、図３のように基体７は加工せずに基体ホルダー６の
凹部面を切削加工して非接触空間10を介在させることに
より形成することができる。接触する底部中心部の面積
は、熱プラズマの温度、ノズルと基体間の距離など他の
条件を考慮して適宜に設定する。
ダーに基体が嵌入する凹部を穿設する構造は前記の第１
構成と相違ないが、基体面と基体ホルダー間の接触を基
体の底面中心部を介して当接する状態に設計したもので
ある。この状態は、図２に例示したように基体７の底面
を周辺部のみ切削加工して非接触空間10を介在させる
か、図３のように基体７は加工せずに基体ホルダー６の
凹部面を切削加工して非接触空間10を介在させることに
より形成することができる。接触する底部中心部の面積
は、熱プラズマの温度、ノズルと基体間の距離など他の
条件を考慮して適宜に設定する。
【００１１】
【作用】本発明者らの研究によると、ノズル付高周波プ
ラズマトーチを用いた合成ダイヤモンドの気相析出にお
いて、直径40mm、厚さ0.9mm のモリブデン基体（ D/T比
ととして44）を使用した場合のダイヤモンド変換率は原
料成分当たり約 0.2％である。しかし、基体中心部の温
度および他の条件を一定し、基体の直径(D) に対する厚
さ(T) の比(D/T) を40以下に設定して基体ホルダー上面
の円形凹部にセットしたうえで気相析出を実施すると、
基体の肉厚増により基体中心部と周辺部との温度変動が
緩和されて析出面積が増大し、ダイヤモンド変換率( 炭
化水素中のＣ成分に対する）は 0.2％以上に向上する。
ラズマトーチを用いた合成ダイヤモンドの気相析出にお
いて、直径40mm、厚さ0.9mm のモリブデン基体（ D/T比
ととして44）を使用した場合のダイヤモンド変換率は原
料成分当たり約 0.2％である。しかし、基体中心部の温
度および他の条件を一定し、基体の直径(D) に対する厚
さ(T) の比(D/T) を40以下に設定して基体ホルダー上面
の円形凹部にセットしたうえで気相析出を実施すると、
基体の肉厚増により基体中心部と周辺部との温度変動が
緩和されて析出面積が増大し、ダイヤモンド変換率( 炭
化水素中のＣ成分に対する）は 0.2％以上に向上する。
【００１２】また、第２構成のように基体ホルダー上面
の円形凹部に基体の底面中心部が接触する状態にセット
して気相析出させた場合には、基体ホルダーの接触しな
い外周部の冷却度合が緩和され、基体の温度勾配が平滑
化するためダイヤモンド変換率の向上効果がもたらされ
る。
の円形凹部に基体の底面中心部が接触する状態にセット
して気相析出させた場合には、基体ホルダーの接触しな
い外周部の冷却度合が緩和され、基体の温度勾配が平滑
化するためダイヤモンド変換率の向上効果がもたらされ
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
明する。
【００１４】実施例１〜２、比較例 銅材質により構成した図１構造の基体ホルダー６の円形
凹部９に、直径(D)40mm で厚さの異なるモリブデン基体
７をセットし、次の条件で高周波プラズマ法により合成
ダイヤモンドの気相析出をおこなった。 プラズマ入力電力： ＣＨ4 ガス供給量：0.16 l/min. Ｈ2 ガス供給量：4.0 l/min. Ａｒガス供給量：4.0 l/min. トーチ内圧力：700 Torr ワークコイルと基体間の距離： 基体温度：〜830 ℃ 処理時間：60 min.
凹部９に、直径(D)40mm で厚さの異なるモリブデン基体
７をセットし、次の条件で高周波プラズマ法により合成
ダイヤモンドの気相析出をおこなった。 プラズマ入力電力： ＣＨ4 ガス供給量：0.16 l/min. Ｈ2 ガス供給量：4.0 l/min. Ａｒガス供給量：4.0 l/min. トーチ内圧力：700 Torr ワークコイルと基体間の距離： 基体温度：〜830 ℃ 処理時間：60 min.
【００１５】このようにして気相析出したダイヤモンド
結晶膜のＣＨ4 中のＣ成分に対する変換率を測定し、用
いた基体の厚さ(T) および比(D/T) と対比させて表１に
示した。
結晶膜のＣＨ4 中のＣ成分に対する変換率を測定し、用
いた基体の厚さ(T) および比(D/T) と対比させて表１に
示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１の結果から、直径(D) と厚さ(T) の比
(D/T) が40以上の基体を用いた実施例では 0.2％を越え
る高変換率で合成ダイヤモンド結晶が析出することが認
められた。
(D/T) が40以上の基体を用いた実施例では 0.2％を越え
る高変換率で合成ダイヤモンド結晶が析出することが認
められた。
【００１８】実施例３ 図２に示す態様において、直径40mm、厚さ3.0mm で外周
部分10mmを円周方向に沿って0.2mm の厚さに切削加工し
たモリブデン基体 (底部接触部分の直径20mm)を用い、
他は実施例１と同一の条件により高周波プラズマ法で合
成ダイヤモンドを気相析出させた。このようにして得ら
れたダイヤモンドの変換率（対ＣＨ4 中のＣ）は 2.5％
で、高い収率を示した。
部分10mmを円周方向に沿って0.2mm の厚さに切削加工し
たモリブデン基体 (底部接触部分の直径20mm)を用い、
他は実施例１と同一の条件により高周波プラズマ法で合
成ダイヤモンドを気相析出させた。このようにして得ら
れたダイヤモンドの変換率（対ＣＨ4 中のＣ）は 2.5％
で、高い収率を示した。
【００１９】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば気相合成
時の基体温度分布を常にダイヤモンド析出に適合する温
度分布範囲内に調整することができる。したがって、一
定の熱プラズマ発生条件下に優れた変換率で高品位のダ
イヤモンド結晶膜を生成させることが可能となる。
時の基体温度分布を常にダイヤモンド析出に適合する温
度分布範囲内に調整することができる。したがって、一
定の熱プラズマ発生条件下に優れた変換率で高品位のダ
イヤモンド結晶膜を生成させることが可能となる。
【図１】本発明の実施態様を例示した基体ホルダー部の
部分断面説明図である。
部分断面説明図である。
【図２】本発明における別の実施態様を例示した基体ホ
ルダー部の部分断面説明図である。
ルダー部の部分断面説明図である。
【図３】本発明における別の実施態様を例示した基体ホ
ルダー部の部分断面説明図である。
ルダー部の部分断面説明図である。
【図４】高周波プラズマ法による合成ダイヤモンド製造
装置を例示した部分略断面図である。
装置を例示した部分略断面図である。
１ ワークコイル ２ プラズマトーチ ３ 熱プラズマフレーム ４ ノズル ５ チャンバー ６ 基体ホルダー ７ 基体 ８ 測温用光センサー ９ 凹部 10 非接触空間 Ｄ 基体の直径 Ｔ 基体の厚さ
Claims (2)
- 【請求項１】 熱プラズマを用いて基体面に合成ダイヤ
モンドを気相析出するにあたり、基体ホルダーの上面に
基体が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に直径(D) に
対する厚さ(T) の比(D/T) を40以下に設定した基体をセ
ットすることを特徴とする合成ダイヤモンド析出用基体
の温度調整法。 - 【請求項２】 熱プラズマを用いて基体面に合成ダイヤ
モンドを気相析出するにあたり、基体ホルダーの上面に
基体が嵌入する円形凹部を穿設し、該凹部に底面中心部
が接触する状態で基体をセットすることを特徴とする合
成ダイヤモンド析出用基体の温度調整法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29789191A JPH05105584A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 合成ダイヤモンド析出用基体の温度調整法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29789191A JPH05105584A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 合成ダイヤモンド析出用基体の温度調整法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05105584A true JPH05105584A (ja) | 1993-04-27 |
Family
ID=17852450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29789191A Pending JPH05105584A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 合成ダイヤモンド析出用基体の温度調整法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05105584A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07161646A (ja) * | 1993-12-13 | 1995-06-23 | Nec Corp | 多結晶膜作成方法 |
| JP2006219370A (ja) * | 2001-11-07 | 2006-08-24 | Carnegie Institution Of Washington | ダイヤモンド製造用装置及び方法 |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP29789191A patent/JPH05105584A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07161646A (ja) * | 1993-12-13 | 1995-06-23 | Nec Corp | 多結晶膜作成方法 |
| JP2006219370A (ja) * | 2001-11-07 | 2006-08-24 | Carnegie Institution Of Washington | ダイヤモンド製造用装置及び方法 |
| JP4494364B2 (ja) * | 2001-11-07 | 2010-06-30 | カーネギー インスチチューション オブ ワシントン | ダイヤモンド製造用装置及び方法 |
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