JPH0948694A - 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 - Google Patents
単結晶ダイヤモンド膜の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低いコストで大面積の単結晶ダイヤモンド膜
を気相合成することができ、ダイヤモンドを使用した幅
広い応用分野において、ダイヤモンドの特性の飛躍的向
上と実用化とを可能にする単結晶ダイヤモンド膜の形成
方法を提供する。 【解決手段】 単結晶ダイヤモンドの形成方法は、先ず
第1基体1の上に白金膜2を蒸着し、白金膜2の上に第
2基体3を圧着して、真空中でアニール処理を行う。そ
して、白金膜2と第1基体1とを機械的に分離し、白金
膜2における第1基体1に接合していた接合面2aに粗
面化処理を施した後に、接合面2a上にダイヤモンドを
気相合成する。このようにして、単結晶ダイヤモンド膜
4が形成される。また、蒸着した白金膜2の厚さが20
μm以上の場合は、白金膜2の上に第2基体3を圧着す
ることなく白金膜2と第1基体1とを機械的に分離する
ことができるので、白金膜2の第1基体1に接合してい
た接合面2aにダイヤモンドを気相合成することによ
り、同様に、単結晶ダイヤモンド膜が形成される。
を気相合成することができ、ダイヤモンドを使用した幅
広い応用分野において、ダイヤモンドの特性の飛躍的向
上と実用化とを可能にする単結晶ダイヤモンド膜の形成
方法を提供する。 【解決手段】 単結晶ダイヤモンドの形成方法は、先ず
第1基体1の上に白金膜2を蒸着し、白金膜2の上に第
2基体3を圧着して、真空中でアニール処理を行う。そ
して、白金膜2と第1基体1とを機械的に分離し、白金
膜2における第1基体1に接合していた接合面2aに粗
面化処理を施した後に、接合面2a上にダイヤモンドを
気相合成する。このようにして、単結晶ダイヤモンド膜
4が形成される。また、蒸着した白金膜2の厚さが20
μm以上の場合は、白金膜2の上に第2基体3を圧着す
ることなく白金膜2と第1基体1とを機械的に分離する
ことができるので、白金膜2の第1基体1に接合してい
た接合面2aにダイヤモンドを気相合成することによ
り、同様に、単結晶ダイヤモンド膜が形成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトランジスタ、ダイオー
ド、各種センサ等の電子装置、ヒートシンク、表面弾性
波素子、X線窓、光学関連材料、耐摩耗材料、装飾材
料、及びそのコーティング等に適用される単結晶ダイヤ
モンド膜の形成方法に関する。
ド、各種センサ等の電子装置、ヒートシンク、表面弾性
波素子、X線窓、光学関連材料、耐摩耗材料、装飾材
料、及びそのコーティング等に適用される単結晶ダイヤ
モンド膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンドは耐熱性が優れ、エネルギ
ーギャップが5.5eVと大きいことが特徴であり、通
常は絶縁体であるが、不純物をドーピングすることによ
り半導体ダイヤモンドを得ることができる。また、ダイ
ヤモンドは絶縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きい
と共に、誘電率が小さいという優れた電気的特性を有す
る。このような電気的特性を利用して、ダイヤモンドを
高温、高周波又は高電界用の電子デバイス並びにセンサ
の材料として使用することが期待されている。
ーギャップが5.5eVと大きいことが特徴であり、通
常は絶縁体であるが、不純物をドーピングすることによ
り半導体ダイヤモンドを得ることができる。また、ダイ
ヤモンドは絶縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きい
と共に、誘電率が小さいという優れた電気的特性を有す
る。このような電気的特性を利用して、ダイヤモンドを
高温、高周波又は高電界用の電子デバイス並びにセンサ
の材料として使用することが期待されている。
【0003】また、ダイヤモンドのエネルギーギャップ
が大きいことを利用して、紫外線等の短波長領域にも対
応する光センサ及び発光素子に使用したり、熱伝導率が
大きく、比熱が小さいことを利用して、ダイヤモンドを
放熱基板材料として使用したり、物質中において最も硬
いという特性を利用して、表面弾性波素子に応用した
り、高い光透過性及び屈折率を利用して、X線窓及び光
学材料に応用することが研究されている。更に、ダイヤ
モンドは工具の耐摩耗性部材に使用されている。
が大きいことを利用して、紫外線等の短波長領域にも対
応する光センサ及び発光素子に使用したり、熱伝導率が
大きく、比熱が小さいことを利用して、ダイヤモンドを
放熱基板材料として使用したり、物質中において最も硬
いという特性を利用して、表面弾性波素子に応用した
り、高い光透過性及び屈折率を利用して、X線窓及び光
学材料に応用することが研究されている。更に、ダイヤ
モンドは工具の耐摩耗性部材に使用されている。
【0004】ダイヤモンドを種々の材料に応用するため
に、その特性を最大限に発揮させるには、結晶の構造欠
陥を低減した高品質の単結晶ダイヤモンドを合成するこ
とが必要である。また、単結晶ダイヤモンド膜を実用化
するためには、面積が大きいものが低いコストで形成で
きる方法の開発が必要である。現在、単結晶ダイヤモン
ドは天然ダイヤモンドの採掘によって得られるか、又
は、高温高圧条件で人工的に合成することにより得られ
る。このバルクダイヤモンドと呼ばれるダイヤモンドの
単結晶は、天然でも高温高圧合成によっても、得られる
結晶面の面積は最大で1cm2 程度であり、しかも、価
格が極めて高い。従って、工業的には、研磨用粉末及び
精密切削用刃先等特定の分野のみに限られて利用されて
いる。
に、その特性を最大限に発揮させるには、結晶の構造欠
陥を低減した高品質の単結晶ダイヤモンドを合成するこ
とが必要である。また、単結晶ダイヤモンド膜を実用化
するためには、面積が大きいものが低いコストで形成で
きる方法の開発が必要である。現在、単結晶ダイヤモン
ドは天然ダイヤモンドの採掘によって得られるか、又
は、高温高圧条件で人工的に合成することにより得られ
る。このバルクダイヤモンドと呼ばれるダイヤモンドの
単結晶は、天然でも高温高圧合成によっても、得られる
結晶面の面積は最大で1cm2 程度であり、しかも、価
格が極めて高い。従って、工業的には、研磨用粉末及び
精密切削用刃先等特定の分野のみに限られて利用されて
いる。
【0005】一方、多結晶ダイヤモンド膜は、マイクロ
波化学気相蒸着(マイクロ波CVD)法(例えば特公昭
59−27754号、特公昭61−3320号)、高周
波プラズマCVD法、熱フィラメントCVD法、直流プ
ラズマCVD法、プラズマジェット法、燃焼法、及び熱
CVD法等により気相合成されることが知られており、
これらの気相合成法によると、低いコストで面積が大き
い膜状のダイヤモンドが得られるという特徴がある。
波化学気相蒸着(マイクロ波CVD)法(例えば特公昭
59−27754号、特公昭61−3320号)、高周
波プラズマCVD法、熱フィラメントCVD法、直流プ
ラズマCVD法、プラズマジェット法、燃焼法、及び熱
CVD法等により気相合成されることが知られており、
これらの気相合成法によると、低いコストで面積が大き
い膜状のダイヤモンドが得られるという特徴がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法によりシリコン等の非ダイヤモンド基板に気相合
成されたダイヤモンド膜は、一般的にダイヤモンド粒子
が不規則に凝集した多結晶体であり、図4の電子顕微鏡
写真に示すように、この多結晶ダイヤモンドは粒界が高
密度に存在している。図5の電子顕微鏡写真に示すよう
に、ダイヤモンド結晶粒子がほぼ一定方向に揃った高配
向膜を合成することができることは報告されているが、
これらも多結晶体であり、粒界が高密度に存在する。こ
の粒界により、ダイヤモンド中を流れるキャリアと呼ば
れる電子又はホール等の荷電粒子が、トラップされたり
散乱されたりするために、高配向膜であっても粒界が少
ないバルクダイヤモンドと比較して電気的特性が劣る。
その結果、多結晶ダイヤモンド膜を電子デバイス及びセ
ンサとして実用化するためには、その性能が不十分であ
るという問題点がある。
の方法によりシリコン等の非ダイヤモンド基板に気相合
成されたダイヤモンド膜は、一般的にダイヤモンド粒子
が不規則に凝集した多結晶体であり、図4の電子顕微鏡
写真に示すように、この多結晶ダイヤモンドは粒界が高
密度に存在している。図5の電子顕微鏡写真に示すよう
に、ダイヤモンド結晶粒子がほぼ一定方向に揃った高配
向膜を合成することができることは報告されているが、
これらも多結晶体であり、粒界が高密度に存在する。こ
の粒界により、ダイヤモンド中を流れるキャリアと呼ば
れる電子又はホール等の荷電粒子が、トラップされたり
散乱されたりするために、高配向膜であっても粒界が少
ないバルクダイヤモンドと比較して電気的特性が劣る。
その結果、多結晶ダイヤモンド膜を電子デバイス及びセ
ンサとして実用化するためには、その性能が不十分であ
るという問題点がある。
【0007】また、光学的見地からも、粒界によって光
が散乱するので、多結晶ダイヤモンド膜を光学材料等に
利用するためには、その透過度が低すぎるという問題点
もある。更に、多結晶ダイヤモンド膜を工具等の耐摩耗
性部材に使用する場合においても、チッピングが生じや
すいという問題点もある。
が散乱するので、多結晶ダイヤモンド膜を光学材料等に
利用するためには、その透過度が低すぎるという問題点
もある。更に、多結晶ダイヤモンド膜を工具等の耐摩耗
性部材に使用する場合においても、チッピングが生じや
すいという問題点もある。
【0008】上述のダイヤモンド膜は、非ダイヤモンド
基板を使用して合成した場合の例であるが、気相合成す
る際の基板によって、合成されるダイヤモンドの特性が
異なる。例えば、基板に単結晶のバルクダイヤモンド又
は立方晶窒化ホウ素を使用すると、単結晶のダイヤモン
ド膜を気相合成することができるが、前述のように、バ
ルクダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素を基板に使用し
ても、面積が大きい単結晶ダイヤモンド膜は得られな
い。
基板を使用して合成した場合の例であるが、気相合成す
る際の基板によって、合成されるダイヤモンドの特性が
異なる。例えば、基板に単結晶のバルクダイヤモンド又
は立方晶窒化ホウ素を使用すると、単結晶のダイヤモン
ド膜を気相合成することができるが、前述のように、バ
ルクダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素を基板に使用し
ても、面積が大きい単結晶ダイヤモンド膜は得られな
い。
【0009】また、ダイヤモンド気相合成用の基板にニ
ッケル又は銅を使用すると、ある程度配向した結晶を有
するダイヤモンド膜が得られるが、ニッケルを使用した
場合には、ダイヤモンドを気相合成するために高温の水
素プラズマ雰囲気にすると、基板のニッケルが脆弱化
し、更に、生成したダイヤモンド膜と反応して、ダイヤ
モンドをグラファイトに転化させるという問題点がある
(D.N.Belton and S.J.Schmieg,J.Appl.Phys.,Vol.66,
p.4223(1989) )。一方、銅を使用した場合には、ダイ
ヤモンドを気相成長させるために、通常の条件として6
00℃以上の高温にすると、銅の線熱膨張係数がダイヤ
モンドの10倍以上であるため、室温に冷却したときに
ダイヤモンドが剥離するという問題点もある(J.F.Dena
tale,et al,J.Materials science,Vol.27,p.553(1992)
)。
ッケル又は銅を使用すると、ある程度配向した結晶を有
するダイヤモンド膜が得られるが、ニッケルを使用した
場合には、ダイヤモンドを気相合成するために高温の水
素プラズマ雰囲気にすると、基板のニッケルが脆弱化
し、更に、生成したダイヤモンド膜と反応して、ダイヤ
モンドをグラファイトに転化させるという問題点がある
(D.N.Belton and S.J.Schmieg,J.Appl.Phys.,Vol.66,
p.4223(1989) )。一方、銅を使用した場合には、ダイ
ヤモンドを気相成長させるために、通常の条件として6
00℃以上の高温にすると、銅の線熱膨張係数がダイヤ
モンドの10倍以上であるため、室温に冷却したときに
ダイヤモンドが剥離するという問題点もある(J.F.Dena
tale,et al,J.Materials science,Vol.27,p.553(1992)
)。
【0010】基板に白金又はその他の遷移金属を使用し
てダイヤモンドを気相合成する方法も研究されている
が、多結晶ダイヤモンド膜又はダイヤモンド粒子が成長
するだけで、単結晶ダイヤモンド膜は得られていない
(坂本,高松,「表面技術」,Vol.44,No.10,p.47(199
3)、M.Kawarada,et al,Diamond and Related Material
s,Vol.2,p.1083(1993)、D.N.Belton and S.J.Schmeig,
J.Appl.Phys.,Vol.69,No.5,p.3032(1991)、D.N.Belton
and S.J.Schmeig,Surface Science,Vol.223,p.131(199
0)、Y.G.Ralchenko,et al,Diamond and Related Materi
als,Vol.2,p.904(1993))。
てダイヤモンドを気相合成する方法も研究されている
が、多結晶ダイヤモンド膜又はダイヤモンド粒子が成長
するだけで、単結晶ダイヤモンド膜は得られていない
(坂本,高松,「表面技術」,Vol.44,No.10,p.47(199
3)、M.Kawarada,et al,Diamond and Related Material
s,Vol.2,p.1083(1993)、D.N.Belton and S.J.Schmeig,
J.Appl.Phys.,Vol.69,No.5,p.3032(1991)、D.N.Belton
and S.J.Schmeig,Surface Science,Vol.223,p.131(199
0)、Y.G.Ralchenko,et al,Diamond and Related Materi
als,Vol.2,p.904(1993))。
【0011】このように、ダイヤモンドを工業的に実用
化するためには、粒界が全く存在しないか又は粒界密度
が極めて低く、その面積が大きい単結晶ダイヤモンド膜
を人工的に合成できることが必要である。しかしなが
ら、そのような単結晶ダイヤモンド膜の製造方法は得ら
れていない。
化するためには、粒界が全く存在しないか又は粒界密度
が極めて低く、その面積が大きい単結晶ダイヤモンド膜
を人工的に合成できることが必要である。しかしなが
ら、そのような単結晶ダイヤモンド膜の製造方法は得ら
れていない。
【0012】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、低いコストで大面積の単結晶ダイヤモンド
膜を気相合成することができ、ダイヤモンドを使用した
幅広い応用分野において、ダイヤモンドの特性の飛躍的
向上と実用化とを可能にする単結晶ダイヤモンド膜の形
成方法を提供することを目的とする。
のであって、低いコストで大面積の単結晶ダイヤモンド
膜を気相合成することができ、ダイヤモンドを使用した
幅広い応用分野において、ダイヤモンドの特性の飛躍的
向上と実用化とを可能にする単結晶ダイヤモンド膜の形
成方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係る単結晶ダイ
ヤモンド膜の形成方法は、第1基体の表面上に白金又は
白金を50原子%以上含有する白金合金の蒸着膜を形成
する第1工程と、前記蒸着膜にアニール処理を施す第2
工程と、前記第1基体と前記蒸着膜とを分離する第3工
程と、前記蒸着膜における第1基体に接合されていた面
にダイヤモンド膜を合成する第4工程と、を有すること
を特徴とする。
ヤモンド膜の形成方法は、第1基体の表面上に白金又は
白金を50原子%以上含有する白金合金の蒸着膜を形成
する第1工程と、前記蒸着膜にアニール処理を施す第2
工程と、前記第1基体と前記蒸着膜とを分離する第3工
程と、前記蒸着膜における第1基体に接合されていた面
にダイヤモンド膜を合成する第4工程と、を有すること
を特徴とする。
【0014】この第1工程と第2工程又は第2工程と第
3工程との間に、前記蒸着膜の表面に第2基体を圧着す
る第5工程を有していてもよい。
3工程との間に、前記蒸着膜の表面に第2基体を圧着す
る第5工程を有していてもよい。
【0015】また、第3工程と第4工程との間に、前記
接合面に表面処理を施す第6工程を有していてもよい。
接合面に表面処理を施す第6工程を有していてもよい。
【0016】この表面処理は、ダイヤモンド粉末若しく
はダイヤモンドペーストを使用したバフ研磨による傷つ
け処理、超音波処理による傷つけ処理又は炭素イオン注
入による傷付け処理とすることができる。
はダイヤモンドペーストを使用したバフ研磨による傷つ
け処理、超音波処理による傷つけ処理又は炭素イオン注
入による傷付け処理とすることができる。
【0017】前記第1基体は、フッ化リチウム、フッ化
カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化ジ
ルコニウム、酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、タンタル酸カリウ
ム、及びニオブ酸リチウムからなる群から選択された1
種の材料より構成され、前記第1基体の表面は(11
1)結晶面又は(001)結晶面を有するものとするこ
とができる。一方、この第1基体をシリコン、石英又は
ガラスから構成していてもよい。
カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化ジ
ルコニウム、酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、タンタル酸カリウ
ム、及びニオブ酸リチウムからなる群から選択された1
種の材料より構成され、前記第1基体の表面は(11
1)結晶面又は(001)結晶面を有するものとするこ
とができる。一方、この第1基体をシリコン、石英又は
ガラスから構成していてもよい。
【0018】白金合金中には、周期律表6A族、7A
族、8A族又は1B族に含まれる少なくとも1種の元素
を含有することが好ましい。
族、8A族又は1B族に含まれる少なくとも1種の元素
を含有することが好ましい。
【0019】また、蒸着膜を形成する温度は、1000
℃以下、より好ましくは300乃至1000℃であるこ
とが望ましい。
℃以下、より好ましくは300乃至1000℃であるこ
とが望ましい。
【0020】アニール処理の温度は、500℃以上、よ
り好ましくは1000℃以上であることが望ましい。
り好ましくは1000℃以上であることが望ましい。
【0021】
【作用】本願発明者等が前記課題を解決するために鋭意
実験研究を重ねた結果、白金の単体又は白金を50原子
%以上含有する白金合金の蒸着膜の(111)結晶面又
は(001)結晶面に、ダイヤモンド膜を気相合成する
ことにより、単結晶ダイヤモンド膜が成長することを見
い出した。
実験研究を重ねた結果、白金の単体又は白金を50原子
%以上含有する白金合金の蒸着膜の(111)結晶面又
は(001)結晶面に、ダイヤモンド膜を気相合成する
ことにより、単結晶ダイヤモンド膜が成長することを見
い出した。
【0022】従来の単結晶膜成長理論では、白金の上に
ダイヤモンドの単結晶膜が成長することは到底予想でき
ないことであった。その第1の理由は、白金とダイヤモ
ンドとの格子定数は夫々、3.9231Å、3.566
7Åであり、これらは、約10%も異なっていることで
ある。このように、格子定数の差が大きすぎる場合に
は、単結晶が成長することは一般に考えられない。第2
の理由は、白金の結晶構造が図6に示すように面心立方
構造であることに対して、ダイヤモンドの結晶構造は図
7に示すようにダイヤモンド構造であり、その構造の点
において全く異なることである。このため、白金構造と
ダイヤモンド構造とは連続的につながらず、単結晶ダイ
ヤモンド膜が成長することは一般的には考えられない。
実際、白金フォイルを基板として、ダイヤモンドの気相
合成(CVD)を行った従来技術については、ダイヤモ
ンド粒子が不規則に配向した多結晶ダイヤモンド膜しか
得られていない。
ダイヤモンドの単結晶膜が成長することは到底予想でき
ないことであった。その第1の理由は、白金とダイヤモ
ンドとの格子定数は夫々、3.9231Å、3.566
7Åであり、これらは、約10%も異なっていることで
ある。このように、格子定数の差が大きすぎる場合に
は、単結晶が成長することは一般に考えられない。第2
の理由は、白金の結晶構造が図6に示すように面心立方
構造であることに対して、ダイヤモンドの結晶構造は図
7に示すようにダイヤモンド構造であり、その構造の点
において全く異なることである。このため、白金構造と
ダイヤモンド構造とは連続的につながらず、単結晶ダイ
ヤモンド膜が成長することは一般的には考えられない。
実際、白金フォイルを基板として、ダイヤモンドの気相
合成(CVD)を行った従来技術については、ダイヤモ
ンド粒子が不規則に配向した多結晶ダイヤモンド膜しか
得られていない。
【0023】しかしながら、白金の(111)結晶面又
は(001)結晶面に単結晶ダイヤモンド膜を形成する
ことができるのは、次のような機構によるものであるか
らと考えられる。即ち、白金は触媒作用がある金属であ
り、表面に吸着した炭素を含む分子は容易に分解され
る。このため、ダイヤモンドを気相合成するときには、
基板表面に化学的に活性な炭素が高濃度に存在すること
になる。この炭素は白金と反応しながら基板の内部に拡
散するので、白金の表面層に炭素が過飽和に溶存し、こ
れがダイヤモンド核として析出する。ダイヤモンドと同
時にグラファイト等の非ダイヤモンド構造を有する核も
発生するが、これはプラズマ中の水素又は酸素と容易に
反応して除去される。炭素が白金基板の内部に溶存する
ので、ダイヤモンド核自身の配向は、基板の内部の(1
11)又は(001)結晶構造によって決定され、基板
の表面に傷つけ処理による凹凸が存在しても、ほとんど
影響を受けない。むしろ、基板の表面の凹凸により、基
板の内部への炭素の拡散を促進する効果がある。
は(001)結晶面に単結晶ダイヤモンド膜を形成する
ことができるのは、次のような機構によるものであるか
らと考えられる。即ち、白金は触媒作用がある金属であ
り、表面に吸着した炭素を含む分子は容易に分解され
る。このため、ダイヤモンドを気相合成するときには、
基板表面に化学的に活性な炭素が高濃度に存在すること
になる。この炭素は白金と反応しながら基板の内部に拡
散するので、白金の表面層に炭素が過飽和に溶存し、こ
れがダイヤモンド核として析出する。ダイヤモンドと同
時にグラファイト等の非ダイヤモンド構造を有する核も
発生するが、これはプラズマ中の水素又は酸素と容易に
反応して除去される。炭素が白金基板の内部に溶存する
ので、ダイヤモンド核自身の配向は、基板の内部の(1
11)又は(001)結晶構造によって決定され、基板
の表面に傷つけ処理による凹凸が存在しても、ほとんど
影響を受けない。むしろ、基板の表面の凹凸により、基
板の内部への炭素の拡散を促進する効果がある。
【0024】蒸着膜の材料として白金を使用すること
は、以下の理由によるものである。蒸着膜材料にニッケ
ルを使用すると、ニッケルの強い触媒作用のために、一
旦形成されたダイヤモンドがグラファイト等に転化して
しまう。銅は触媒作用が弱すぎることと、炭素との結合
が弱いことより、十分な濃度の炭素原子が溶存できな
い。一般に、ダイヤモンドを気相合成するときの基板と
して使用されるシリコンは、炭素との間で強い共有結合
を有するため、基板の内部でのダイヤモンド核形成が阻
害される。これらの材料に対して、白金は触媒作用はあ
るが、ニッケルほど強く炭素と反応しないで炭素を溶存
する。従って、蒸着膜の材料として使用するには白金が
最も適切である。
は、以下の理由によるものである。蒸着膜材料にニッケ
ルを使用すると、ニッケルの強い触媒作用のために、一
旦形成されたダイヤモンドがグラファイト等に転化して
しまう。銅は触媒作用が弱すぎることと、炭素との結合
が弱いことより、十分な濃度の炭素原子が溶存できな
い。一般に、ダイヤモンドを気相合成するときの基板と
して使用されるシリコンは、炭素との間で強い共有結合
を有するため、基板の内部でのダイヤモンド核形成が阻
害される。これらの材料に対して、白金は触媒作用はあ
るが、ニッケルほど強く炭素と反応しないで炭素を溶存
する。従って、蒸着膜の材料として使用するには白金が
最も適切である。
【0025】本願発明者等は、白金の代わりに、白金を
50原子%以上含有する白金合金であっても、本発明の
効果が得られることを確認した。この場合、白金以外の
成分が50原子%を超えると、白金としての効果が弱く
なり、ダイヤモンドは発生するが単結晶ダイヤモンド膜
は形成できない。白金の特徴を活かして、その効果を引
き出すためには、白金の含有量は99原子%以上である
ことが好ましい。
50原子%以上含有する白金合金であっても、本発明の
効果が得られることを確認した。この場合、白金以外の
成分が50原子%を超えると、白金としての効果が弱く
なり、ダイヤモンドは発生するが単結晶ダイヤモンド膜
は形成できない。白金の特徴を活かして、その効果を引
き出すためには、白金の含有量は99原子%以上である
ことが好ましい。
【0026】この白金以外の成分としては、クロミウ
ム、モリブデン及びタングステン等の周期表6A族の元
素、マンガン等の7Aの元素、鉄、コバルト、イリジウ
ム、ニッケル、及びパラジウム等の8A族の元素、並び
に金、銀及び銅等の1B族の元素からなる群から選択さ
れた少なくとも1種の元素であることが可能である。周
期表6A族及び7A族の元素は、安定な炭化物をつく
り、8A族の元素は炭素と強く反応する。一方、1B族
の元素は炭素とは反応しない。そこで、これらの元素を
白金に混合することにより、白金の化学作用を制御した
り、新たな化学効果を加えることができる。また、混合
比を変えることにより、格子定数を変えることができる
ので、単結晶ダイヤモンド膜の基板に対する結晶方位を
制御できる効果がある。以下、白金及び白金を50原子
%以上含有する白金合金を総称して、白金系合金とい
う。
ム、モリブデン及びタングステン等の周期表6A族の元
素、マンガン等の7Aの元素、鉄、コバルト、イリジウ
ム、ニッケル、及びパラジウム等の8A族の元素、並び
に金、銀及び銅等の1B族の元素からなる群から選択さ
れた少なくとも1種の元素であることが可能である。周
期表6A族及び7A族の元素は、安定な炭化物をつく
り、8A族の元素は炭素と強く反応する。一方、1B族
の元素は炭素とは反応しない。そこで、これらの元素を
白金に混合することにより、白金の化学作用を制御した
り、新たな化学効果を加えることができる。また、混合
比を変えることにより、格子定数を変えることができる
ので、単結晶ダイヤモンド膜の基板に対する結晶方位を
制御できる効果がある。以下、白金及び白金を50原子
%以上含有する白金合金を総称して、白金系合金とい
う。
【0027】本願発明者等は当初、前記基体に白金膜を
スパッタ蒸着又は電子ビーム蒸着により形成し、アニー
ル処理により単結晶化し、この白金膜の成長面上に単結
晶ダイヤモンド膜の気相合成を試みていた。しかし、蒸
着膜は本来アモルファスに近いものであり、アニール処
理により単結晶化することは容易ではないため、単結晶
ダイヤモンド膜は合成できるものの、膜の一部である全
体の約20%が単結晶化しない等の問題が生じた。そこ
で、本発明においては、白金系合金を第1基体上に蒸着
し、その白金系合金膜の上に第2基体を圧着し、アニー
ル処理をした後、第1基体を除去して、白金系合金膜の
第1基体に接合されていた面にダイヤモンド膜を気相合
成する。そうすると、より完全な単結晶ダイヤモンド膜
が得られる。これは、第1基体に蒸着した白金系合金膜
の接合面は、ほぼ完全な単結晶表面となるからであり、
この面に気相合成されるダイヤモンド膜も同様に、ほぼ
完全な単結晶膜となる。
スパッタ蒸着又は電子ビーム蒸着により形成し、アニー
ル処理により単結晶化し、この白金膜の成長面上に単結
晶ダイヤモンド膜の気相合成を試みていた。しかし、蒸
着膜は本来アモルファスに近いものであり、アニール処
理により単結晶化することは容易ではないため、単結晶
ダイヤモンド膜は合成できるものの、膜の一部である全
体の約20%が単結晶化しない等の問題が生じた。そこ
で、本発明においては、白金系合金を第1基体上に蒸着
し、その白金系合金膜の上に第2基体を圧着し、アニー
ル処理をした後、第1基体を除去して、白金系合金膜の
第1基体に接合されていた面にダイヤモンド膜を気相合
成する。そうすると、より完全な単結晶ダイヤモンド膜
が得られる。これは、第1基体に蒸着した白金系合金膜
の接合面は、ほぼ完全な単結晶表面となるからであり、
この面に気相合成されるダイヤモンド膜も同様に、ほぼ
完全な単結晶膜となる。
【0028】一般にダイヤモンドの気相合成において
は、ダイヤモンドの(111)結晶面又は(001)結
晶面が出現しやすく、その他の結晶面は出現しにくいこ
とが知られている。このため、白金系合金膜の第1基体
と接合する面は(111)又は(001)結晶面である
ことが必要となる。白金系合金膜の第1基体と接合する
面を(111)結晶面又は(001)結晶面にするため
には、(111)又は(001)結晶面を有するフッ化
リチウム、フッ化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化
ニッケル、酸化ジルコニウム、サファイア(酸化アルミ
ニウム)、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウ
ム、チタン酸鉛、タンタル酸カリウム、ニオブ酸リチウ
ムのいずれかの結晶を基体として、スパッタ蒸着、電子
ビーム蒸着などの方法で形成することができる。従っ
て、第1基体表面についても(111)又は(001)
結晶面を有する必要がある。
は、ダイヤモンドの(111)結晶面又は(001)結
晶面が出現しやすく、その他の結晶面は出現しにくいこ
とが知られている。このため、白金系合金膜の第1基体
と接合する面は(111)又は(001)結晶面である
ことが必要となる。白金系合金膜の第1基体と接合する
面を(111)結晶面又は(001)結晶面にするため
には、(111)又は(001)結晶面を有するフッ化
リチウム、フッ化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化
ニッケル、酸化ジルコニウム、サファイア(酸化アルミ
ニウム)、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウ
ム、チタン酸鉛、タンタル酸カリウム、ニオブ酸リチウ
ムのいずれかの結晶を基体として、スパッタ蒸着、電子
ビーム蒸着などの方法で形成することができる。従っ
て、第1基体表面についても(111)又は(001)
結晶面を有する必要がある。
【0029】白金系合金は高価な金属であるが、単結晶
ダイヤモンド膜の合成後に、ダイヤモンド膜から基板で
ある白金系合金膜を剥離することにより再利用できるの
で、製造コストが高くなることはない。他の基体とし
て、シリコンウエハ、石英、ガラス、それらの表面を改
質した基体、又はそれらの表面に別の材料を蒸着した基
体等に、(111)結晶面又は(001)結晶面を有す
る白金系合金の単結晶膜が蒸着できれば、更に製造費が
低くなり、本発明の可能性が広がる。白金系合金はこれ
らの基体の全体に蒸着されることが望ましいが、その一
部の領域のみに蒸着してもよい。
ダイヤモンド膜の合成後に、ダイヤモンド膜から基板で
ある白金系合金膜を剥離することにより再利用できるの
で、製造コストが高くなることはない。他の基体とし
て、シリコンウエハ、石英、ガラス、それらの表面を改
質した基体、又はそれらの表面に別の材料を蒸着した基
体等に、(111)結晶面又は(001)結晶面を有す
る白金系合金の単結晶膜が蒸着できれば、更に製造費が
低くなり、本発明の可能性が広がる。白金系合金はこれ
らの基体の全体に蒸着されることが望ましいが、その一
部の領域のみに蒸着してもよい。
【0030】白金系合金膜の膜厚には発明原理からの制
限はないが、白金系合金膜の第1基体との接合面にダイ
ヤモンド膜を成長させるので、膜厚が薄すぎると、白金
系合金膜が気相合成中に第2基体から剥離する虞があ
る。一方、厚い膜を蒸着するためには、長時間が必要で
ある。従って、実用的には膜厚が1μm乃至0.5mm
であり、望ましくは10μm以上である。但し、気相合
成中における白金系合金膜の剥離が解決できれば、前記
膜厚を制限する必要はない。また、白金系合金膜の膜厚
が約20μm以上では、第2基体を圧着しなくても、白
金系合金膜を第1基体から機械的に剥離することがで
き、これを単結晶ダイヤモンドを合成するための基板と
して使用することもできる。
限はないが、白金系合金膜の第1基体との接合面にダイ
ヤモンド膜を成長させるので、膜厚が薄すぎると、白金
系合金膜が気相合成中に第2基体から剥離する虞があ
る。一方、厚い膜を蒸着するためには、長時間が必要で
ある。従って、実用的には膜厚が1μm乃至0.5mm
であり、望ましくは10μm以上である。但し、気相合
成中における白金系合金膜の剥離が解決できれば、前記
膜厚を制限する必要はない。また、白金系合金膜の膜厚
が約20μm以上では、第2基体を圧着しなくても、白
金系合金膜を第1基体から機械的に剥離することがで
き、これを単結晶ダイヤモンドを合成するための基板と
して使用することもできる。
【0031】この白金系合金膜の第1基体との接合面を
単結晶化するためには、蒸着中に基体の温度を高温に保
つか又は蒸着後に高温で熱処理を施すとよく、これらの
両方を実施してもよい。蒸着時の基板温度は常温乃至1
000℃の範囲が可能であるが、この基板温度は高温で
あるほうが好ましく、300乃至1000℃であること
が望ましい。蒸着後のアニール処理の温度は500℃以
上であればよく、より好ましくは1000℃以上であ
る。このアニール処理は、通常は真空中で、ヒータ加熱
又は赤外線ランプによる加熱が施されている。その他、
公知の電子ビーム加熱等を使用することもできる。ま
た、昇温及び降温についても段階的に行う等、種々の可
能性が考えられる。最適なアニール処理時間は処理温度
及び膜厚に依存する。
単結晶化するためには、蒸着中に基体の温度を高温に保
つか又は蒸着後に高温で熱処理を施すとよく、これらの
両方を実施してもよい。蒸着時の基板温度は常温乃至1
000℃の範囲が可能であるが、この基板温度は高温で
あるほうが好ましく、300乃至1000℃であること
が望ましい。蒸着後のアニール処理の温度は500℃以
上であればよく、より好ましくは1000℃以上であ
る。このアニール処理は、通常は真空中で、ヒータ加熱
又は赤外線ランプによる加熱が施されている。その他、
公知の電子ビーム加熱等を使用することもできる。ま
た、昇温及び降温についても段階的に行う等、種々の可
能性が考えられる。最適なアニール処理時間は処理温度
及び膜厚に依存する。
【0032】結晶面の構造を保った状態でダイヤモンド
の単結晶を成長させることは一般的であるが、一旦白金
系合金膜の第1基体に接合していた面に(111)又は
(001)結晶面が得られると、傷つけ処理により表面
を粗面化処理してもダイヤモンドの単結晶膜を成長させ
ることができることは、従来は到底予想することができ
ないことであった。しかしながら、本発明においては、
ダイヤモンド膜を気相合成する前に、基板とする白金系
合金膜の第1基体に接合していた面にダイヤモンドの核
を発生させるために、炭素を含むプラズマ雰囲気中で基
板にバイアスを印加する方法、より一般的には、予め基
板をダイヤモンド粉末若しくはダイヤモンドペーストに
よってバフ研磨することにより傷つけ処理する方法又は
超音波処理により傷つけ処理する方法を使用することが
できる。また、炭素イオン注入によって表面処理を施し
ても、同様の効果が得られる。なお、バイアスを印加す
ることによりダイヤモンド核を発生させる場合には、表
面処理は必ずしも必要ではない。
の単結晶を成長させることは一般的であるが、一旦白金
系合金膜の第1基体に接合していた面に(111)又は
(001)結晶面が得られると、傷つけ処理により表面
を粗面化処理してもダイヤモンドの単結晶膜を成長させ
ることができることは、従来は到底予想することができ
ないことであった。しかしながら、本発明においては、
ダイヤモンド膜を気相合成する前に、基板とする白金系
合金膜の第1基体に接合していた面にダイヤモンドの核
を発生させるために、炭素を含むプラズマ雰囲気中で基
板にバイアスを印加する方法、より一般的には、予め基
板をダイヤモンド粉末若しくはダイヤモンドペーストに
よってバフ研磨することにより傷つけ処理する方法又は
超音波処理により傷つけ処理する方法を使用することが
できる。また、炭素イオン注入によって表面処理を施し
ても、同様の効果が得られる。なお、バイアスを印加す
ることによりダイヤモンド核を発生させる場合には、表
面処理は必ずしも必要ではない。
【0033】このようにして得られた単結晶ダイヤモン
ド膜を電子デバイス・センサその他に応用する場合に
は、この蒸着膜をそのまま電極として使用することがで
きるという利点がある。また、得られた単結晶ダイヤモ
ンド膜を光学窓又はヒートシンクに応用する場合には基
板は不要であるので、機械的方法又は溶解等の化学的方
法で基板を除去することができる。このような自立性の
単結晶ダイヤモンド膜の片面又は両面を研磨することも
可能である。
ド膜を電子デバイス・センサその他に応用する場合に
は、この蒸着膜をそのまま電極として使用することがで
きるという利点がある。また、得られた単結晶ダイヤモ
ンド膜を光学窓又はヒートシンクに応用する場合には基
板は不要であるので、機械的方法又は溶解等の化学的方
法で基板を除去することができる。このような自立性の
単結晶ダイヤモンド膜の片面又は両面を研磨することも
可能である。
【0034】単結晶ダイヤモンド膜の厚さは気相合成時
間による以外に制限がない。一般的に、膜厚が約0.1
μm乃至数mmの厚さのものを気相合成することが可能
である。また、例えば一度、マイクロ波CVD法等によ
り単結晶ダイヤモンド膜を基板上に合成した後、プラズ
マジェット法又は燃焼法等の高速成膜法により、更に膜
厚が厚いダイヤモンド膜を成長させることができる。
間による以外に制限がない。一般的に、膜厚が約0.1
μm乃至数mmの厚さのものを気相合成することが可能
である。また、例えば一度、マイクロ波CVD法等によ
り単結晶ダイヤモンド膜を基板上に合成した後、プラズ
マジェット法又は燃焼法等の高速成膜法により、更に膜
厚が厚いダイヤモンド膜を成長させることができる。
【0035】また、単結晶ダイヤモンド膜をp型又はn
型の導電性を有する半導体にするためには、ダイヤモン
ドの核を発生させるとき又は単結晶ダイヤモンドを気相
合成するときに、原料ガスに例えばB2H6のようなボロ
ン(B)元素を含むガス又は例えばPH3 のようなリン
(P)元素を含むガスを添加すればよい。
型の導電性を有する半導体にするためには、ダイヤモン
ドの核を発生させるとき又は単結晶ダイヤモンドを気相
合成するときに、原料ガスに例えばB2H6のようなボロ
ン(B)元素を含むガス又は例えばPH3 のようなリン
(P)元素を含むガスを添加すればよい。
【0036】
【実施例】以下、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。図1は、本発明の第1の実
施例に係る単結晶ダイヤモンド膜の形成方法を工程順に
示す模式的断面図である。図1(a)は第1基体1を示
しており、例えば主面に(111)結晶面を有するチタ
ン酸ストロンチウム(SrTiO3 )を使用する。
参照して具体的に説明する。図1は、本発明の第1の実
施例に係る単結晶ダイヤモンド膜の形成方法を工程順に
示す模式的断面図である。図1(a)は第1基体1を示
しており、例えば主面に(111)結晶面を有するチタ
ン酸ストロンチウム(SrTiO3 )を使用する。
【0037】そして、図1(b)に示すように、第1基
体1の主面上にマグネトロンスパッタ法により白金膜2
を例えば30μmの厚さに蒸着する。
体1の主面上にマグネトロンスパッタ法により白金膜2
を例えば30μmの厚さに蒸着する。
【0038】次に、図1(c)に示すように、白金膜2
の上に例えば厚さが0.3mmであるMo板からなる第
2基体3を圧着し、真空中でアニール処理を施す。
の上に例えば厚さが0.3mmであるMo板からなる第
2基体3を圧着し、真空中でアニール処理を施す。
【0039】次に、図1(d)に示すように、図1
(c)の第1基体1と第2基体3との上下を逆にし、第
1基体1を第2基体3の上方にする。
(c)の第1基体1と第2基体3との上下を逆にし、第
1基体1を第2基体3の上方にする。
【0040】その後、図1(e)に示すように、白金膜
2と第1基体1とを機械的に分離し、白金膜2における
第1基体1と接合されていた接合面2aを露出させ、そ
の後、この接合面2aに傷つけ処理による表面処理を施
す。
2と第1基体1とを機械的に分離し、白金膜2における
第1基体1と接合されていた接合面2aを露出させ、そ
の後、この接合面2aに傷つけ処理による表面処理を施
す。
【0041】最後に、図1(f)に示すように、接合面
2a上にダイヤモンドを気相合成することにより、単結
晶ダイヤモンド膜4が白金膜2上に形成される。
2a上にダイヤモンドを気相合成することにより、単結
晶ダイヤモンド膜4が白金膜2上に形成される。
【0042】本実施例方法においては、(111)結晶
面を有するチタン酸ストロンチウムを第1基体1に使用
しているので、白金膜2の第1基体1との接合面2aも
ほぼ完全な(111)結晶面となり、この接合面2a上
にダイヤモンドを気相合成することにより、気相合成さ
れたダイヤモンド膜も(111)結晶面を有するほぼ完
全な単結晶が出現する。更に、気相合成によって得られ
るダイヤモンド膜の面積は、基板となる白金膜2の面積
に依存するので、大きい面積の単結晶ダイヤモンド膜が
形成できる。
面を有するチタン酸ストロンチウムを第1基体1に使用
しているので、白金膜2の第1基体1との接合面2aも
ほぼ完全な(111)結晶面となり、この接合面2a上
にダイヤモンドを気相合成することにより、気相合成さ
れたダイヤモンド膜も(111)結晶面を有するほぼ完
全な単結晶が出現する。更に、気相合成によって得られ
るダイヤモンド膜の面積は、基板となる白金膜2の面積
に依存するので、大きい面積の単結晶ダイヤモンド膜が
形成できる。
【0043】図2は、本発明の第2の実施例に係る単結
晶ダイヤモンド膜の形成方法を工程順に示す模式的断面
図である。本実施例が図1に示す実施例と異なる点は、
白金膜上に第2基体を圧着せずに白金膜と第1基体とを
分離する点であり、その他の形成方法は図1に示す実施
例と同一であるので、図2において図1と同一物には同
一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
晶ダイヤモンド膜の形成方法を工程順に示す模式的断面
図である。本実施例が図1に示す実施例と異なる点は、
白金膜上に第2基体を圧着せずに白金膜と第1基体とを
分離する点であり、その他の形成方法は図1に示す実施
例と同一であるので、図2において図1と同一物には同
一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0044】図2(a)は第1基体1であり、この上に
図2(b)に示すように、白金膜2を例えば20μm以
上の厚さで蒸着する。そして、図2(c)に示すよう
に、第1基体1及び白金膜2にアニール処理を施した
後、第1基体1と白金膜2とを逆にし、第1基体1を白
金膜2の上方にする。次に、図2(d)に示すように、
白金膜2と第1基体1とを機械的に分離し、白金膜2の
第1基体との接合面2aを露出させる。最後に、図2
(e)に示すように、表面処理を施した接合面2aにダ
イヤモンドを気相合成することにより、白金膜2上に、
単結晶ダイヤモンド膜4が形成される。
図2(b)に示すように、白金膜2を例えば20μm以
上の厚さで蒸着する。そして、図2(c)に示すよう
に、第1基体1及び白金膜2にアニール処理を施した
後、第1基体1と白金膜2とを逆にし、第1基体1を白
金膜2の上方にする。次に、図2(d)に示すように、
白金膜2と第1基体1とを機械的に分離し、白金膜2の
第1基体との接合面2aを露出させる。最後に、図2
(e)に示すように、表面処理を施した接合面2aにダ
イヤモンドを気相合成することにより、白金膜2上に、
単結晶ダイヤモンド膜4が形成される。
【0045】本実施例方法においても、図1に示す第1
の実施例と同様に、白金膜2の接合面2aがほぼ完全な
結晶面を有していると、気相合成されたダイヤモンド膜
においてもほぼ完全な結晶面が出現する。
の実施例と同様に、白金膜2の接合面2aがほぼ完全な
結晶面を有していると、気相合成されたダイヤモンド膜
においてもほぼ完全な結晶面が出現する。
【0046】次に、本発明の第1の実施例方法(図1参
照)により単結晶ダイヤモンド膜を形成し、種々の成膜
条件に対するダイヤモンドの単結晶性を比較例と比較し
て評価した結果について説明する。
照)により単結晶ダイヤモンド膜を形成し、種々の成膜
条件に対するダイヤモンドの単結晶性を比較例と比較し
て評価した結果について説明する。
【0047】比較例として、第1基体に蒸着した白金の
成長面にダイヤモンド膜を気相合成した。その形成方法
は、先ず、(111)結晶面を有する単結晶チタン酸ス
トロンチウム(SrTiO3 )を基板として、基板の温
度を400℃に保持し、マグネトロンスパッタ法により
白金膜を30μm蒸着した。次いで、真空中において、
1200℃の温度で24時間のアニール処理を行った。
この白金の成長面を反射ヒード(RHEED)により評
価すると、成長面はほぼ(111)結晶面であった。そ
して、この白金の成長面にダイヤモンド粉末を使用した
超音波処理により、傷つけ処理を施し、その上にダイヤ
モンドを気相合成した。この気相合成は、無機材研型の
マイクロ波CVD装置を使用して、反応室中に基板を設
置し、この基板を750乃至890℃に維持した状態に
おいて、水素で0.3%に希釈したメタンガスを100
sccm流し、反応室中を40Torrに保持して行っ
た。
成長面にダイヤモンド膜を気相合成した。その形成方法
は、先ず、(111)結晶面を有する単結晶チタン酸ス
トロンチウム(SrTiO3 )を基板として、基板の温
度を400℃に保持し、マグネトロンスパッタ法により
白金膜を30μm蒸着した。次いで、真空中において、
1200℃の温度で24時間のアニール処理を行った。
この白金の成長面を反射ヒード(RHEED)により評
価すると、成長面はほぼ(111)結晶面であった。そ
して、この白金の成長面にダイヤモンド粉末を使用した
超音波処理により、傷つけ処理を施し、その上にダイヤ
モンドを気相合成した。この気相合成は、無機材研型の
マイクロ波CVD装置を使用して、反応室中に基板を設
置し、この基板を750乃至890℃に維持した状態に
おいて、水素で0.3%に希釈したメタンガスを100
sccm流し、反応室中を40Torrに保持して行っ
た。
【0048】一方、実施例としては、白金の第1基体に
接合していた接合面にダイヤモンド膜を気相合成した。
先ず、比較例と同様の条件で、単結晶チタン酸ストロン
チウムに白金膜を30μm蒸着した。次いで、この白金
膜の上に厚さが0.3mmであるMo板を圧着し、真空
中において1200℃の温度で24時間のアニール処理
を行った後に、チタン酸ストロンチウムと白金膜との界
面を機械的に分離した。この白金の接合面を反射ヒード
(RHEED)により評価すると、接合面はほぼ(11
1)結晶面であった。そして、この白金の接合面に比較
例と同様に表面処理を施し、ダイヤモンドを気相合成し
て、この途中段階において電子顕微鏡写真を撮影した。
図3は白金の(111)結晶面にダイヤモンド膜が成長
している様子を示す電子顕微鏡写真である。図3に示す
ように、ダイヤモンドの(111)結晶面がお互いに融
合して、連続的な単結晶膜を形成しようとしている。こ
のようにして形成した単結晶ダイヤモンドを実施例1と
した。
接合していた接合面にダイヤモンド膜を気相合成した。
先ず、比較例と同様の条件で、単結晶チタン酸ストロン
チウムに白金膜を30μm蒸着した。次いで、この白金
膜の上に厚さが0.3mmであるMo板を圧着し、真空
中において1200℃の温度で24時間のアニール処理
を行った後に、チタン酸ストロンチウムと白金膜との界
面を機械的に分離した。この白金の接合面を反射ヒード
(RHEED)により評価すると、接合面はほぼ(11
1)結晶面であった。そして、この白金の接合面に比較
例と同様に表面処理を施し、ダイヤモンドを気相合成し
て、この途中段階において電子顕微鏡写真を撮影した。
図3は白金の(111)結晶面にダイヤモンド膜が成長
している様子を示す電子顕微鏡写真である。図3に示す
ように、ダイヤモンドの(111)結晶面がお互いに融
合して、連続的な単結晶膜を形成しようとしている。こ
のようにして形成した単結晶ダイヤモンドを実施例1と
した。
【0049】更に、実施例1と同様の要領で、下記表1
に示す蒸着条件で白金系合金膜を蒸着して、下記表2に
示す条件でアニール及び表面処理を施し、下記表3に示
す条件にてダイヤモンドを気相合成した。このようにし
て得られた比較例及び実施例のダイヤモンド膜につい
て、配向性を評価した。この評価結果を下記表4に示
す。
に示す蒸着条件で白金系合金膜を蒸着して、下記表2に
示す条件でアニール及び表面処理を施し、下記表3に示
す条件にてダイヤモンドを気相合成した。このようにし
て得られた比較例及び実施例のダイヤモンド膜につい
て、配向性を評価した。この評価結果を下記表4に示
す。
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
【表3】
【0053】
【表4】
【0054】上記表3に示すように、実施例1は合成開
始後10時間で、結晶方位がある程度揃った粒状のダイ
ヤモンドが析出し、比較例及び実施例の全ての条件につ
いて、ダイヤモンドの合成開始後8乃至30時間で隣接
した粒状のダイヤモンドが融合(coalescence) した。ま
た、上記表1及び4に示すように、白金系合金の結晶面
と同一の結晶面を有する連続的な単結晶ダイヤモンド膜
が形成された。しかしながら、実施例1乃至11におい
ては、上記表1乃至3に示すどのような条件において
も、これらの配向性が90乃至98%であったことに対
して、比較例1は、配向性が85%であり、実施例と比
較して単結晶性からの乱れが大きい値を示した。
始後10時間で、結晶方位がある程度揃った粒状のダイ
ヤモンドが析出し、比較例及び実施例の全ての条件につ
いて、ダイヤモンドの合成開始後8乃至30時間で隣接
した粒状のダイヤモンドが融合(coalescence) した。ま
た、上記表1及び4に示すように、白金系合金の結晶面
と同一の結晶面を有する連続的な単結晶ダイヤモンド膜
が形成された。しかしながら、実施例1乃至11におい
ては、上記表1乃至3に示すどのような条件において
も、これらの配向性が90乃至98%であったことに対
して、比較例1は、配向性が85%であり、実施例と比
較して単結晶性からの乱れが大きい値を示した。
【0055】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
第1基体に白金系合金膜を蒸着し、この白金系合金膜の
第1基体との接合面にダイヤモンドを気相合成するの
で、低コストで大面積の結晶性が高い単結晶ダイヤモン
ド膜を形成することができる。このように、本発明は気
相合成によって単結晶ダイヤモンド膜を形成することが
可能になったので、従来実用化が困難であった種々の分
野において、単結晶ダイヤモンドを広範に応用すること
ができ、この種の技術分野の発展に多大の貢献をなす。
第1基体に白金系合金膜を蒸着し、この白金系合金膜の
第1基体との接合面にダイヤモンドを気相合成するの
で、低コストで大面積の結晶性が高い単結晶ダイヤモン
ド膜を形成することができる。このように、本発明は気
相合成によって単結晶ダイヤモンド膜を形成することが
可能になったので、従来実用化が困難であった種々の分
野において、単結晶ダイヤモンドを広範に応用すること
ができ、この種の技術分野の発展に多大の貢献をなす。
【図1】本発明の第1の実施例に係る単結晶ダイヤモン
ド膜の形成方法を工程順に示す模式的断面図である。
ド膜の形成方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係る単結晶ダイヤモン
ド膜の形成方法を工程順に示す模式的断面図である。
ド膜の形成方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図3】白金の(111)結晶面にダイヤモンド膜が成
長している様子を示す電子顕微鏡写真である。
長している様子を示す電子顕微鏡写真である。
【図4】結晶粒子が不規則に凝集した多結晶ダイヤモン
ド膜を示す電子顕微鏡写真である。
ド膜を示す電子顕微鏡写真である。
【図5】結晶粒子がほぼ一定方向に揃った高配向膜を有
するダイヤモンド膜を示す電子顕微鏡写真である。
するダイヤモンド膜を示す電子顕微鏡写真である。
【図6】白金の結晶構造(面心立方構造)を示す模式図
である。
である。
【図7】ダイヤモンドの結晶構造(ダイヤモンド構造)
を示す模式図である。
を示す模式図である。
1;第1基体 2;白金系合金膜 2a;接合面 3;第2基体 4;ダイヤモンド膜
Claims (11)
- 【請求項1】 第1基体の表面上に白金又は白金を50
原子%以上含有する白金合金の蒸着膜を形成する第1工
程と、前記蒸着膜にアニール処理を施す第2工程と、前
記第1基体と前記蒸着膜とを分離する第3工程と、前記
蒸着膜における第1基体に接合されていた面にダイヤモ
ンド膜を合成する第4工程と、を有することを特徴とす
る単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記第1工程と前記第2工程又は第2工
程と第3工程との間に、前記蒸着膜の表面に第2基体を
圧着する第5工程を有することを特徴とする請求項1に
記載の単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項3】 前記第3工程と前記第4工程との間に、
前記接合面に表面処理を施す第6工程を有することを特
徴とする請求項1又は2に記載の単結晶ダイヤモンド膜
の形成方法。 - 【請求項4】 前記表面処理は、ダイヤモンド粉末又は
ダイヤモンドペーストを使用したバフ研磨による傷つけ
処理、超音波処理による傷つけ処理又は炭素イオン注入
処理であることを特徴とする請求項3に記載の単結晶ダ
イヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項5】 前記第1基体は、フッ化リチウム、フッ
化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化
ジルコニウム、酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチ
ウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、タンタル酸カリ
ウム、及びニオブ酸リチウムからなる群から選択された
1種の材料により構成され、前記第1基体の表面は(1
11)結晶面又は(001)結晶面を有することを特徴
とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の単結晶ダ
イヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項6】 前記第1基体は、シリコン、石英及びガ
ラスからなる群から選択された1種の材料により構成さ
れていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1
項に記載の単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項7】 前記白金合金は、周期律表6A族、7A
族、8A族又は1B族に含まれる少なくとも1種の元素
を含有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか
1項に記載の単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項8】 前記蒸着膜を形成するときの基板温度
は、1000℃以下であることを特徴とする請求項1乃
至7のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド膜の形
成方法。 - 【請求項9】 前記蒸着膜を形成するときの基板温度
は、300乃至1000℃であることを特徴とする請求
項8に記載の単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項10】 前記アニール処理の温度は、500℃
以上であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか
1項に記載の単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項11】 前記アニール処理の温度は、1000
℃以上であることを特徴とする請求項10に記載の単結
晶ダイヤモンド膜の形成方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7219624A JPH0948694A (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
US08/680,612 US5743957A (en) | 1995-08-04 | 1996-07-16 | Method for forming a single crystal diamond film |
GB9615046A GB2304118B (en) | 1995-08-04 | 1996-07-17 | Method for forming single crystal diamond film |
DE19631107A DE19631107C2 (de) | 1995-08-04 | 1996-08-01 | Verfahren zur Bildung eines Einkristall-Diamantfilms |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7219624A JPH0948694A (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0948694A true JPH0948694A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16738452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7219624A Pending JPH0948694A (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5743957A (ja) |
JP (1) | JPH0948694A (ja) |
DE (1) | DE19631107C2 (ja) |
GB (1) | GB2304118B (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7846766B2 (en) | 2006-03-14 | 2010-12-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Diamond film formation method and film formation jig thereof |
JP2012041258A (ja) * | 2010-06-28 | 2012-03-01 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR950032732A (ko) * | 1994-03-25 | 1995-12-22 | 야스니시구니오 | 다이아몬드 결정 및 그 제조방법 |
DE10043587B4 (de) * | 1999-09-17 | 2006-03-30 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Verfahren zur Herstellung eines Substrats, nach diesem Verfahren hergestelltes Substrat |
US6589333B1 (en) | 1999-09-17 | 2003-07-08 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Method for the manufacture of a substrate, substrate manufactured in accordance with this method, carrier wafer and diamond jewel |
US7060130B2 (en) * | 2002-08-27 | 2006-06-13 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Heteroepitaxial diamond and diamond nuclei precursors |
US7866342B2 (en) | 2002-12-18 | 2011-01-11 | Vapor Technologies, Inc. | Valve component for faucet |
US8555921B2 (en) | 2002-12-18 | 2013-10-15 | Vapor Technologies Inc. | Faucet component with coating |
US8220489B2 (en) | 2002-12-18 | 2012-07-17 | Vapor Technologies Inc. | Faucet with wear-resistant valve component |
US7866343B2 (en) | 2002-12-18 | 2011-01-11 | Masco Corporation Of Indiana | Faucet |
US20050025886A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-02-03 | Carnegie Institution Of Washington | Annealing single crystal chemical vapor depositon diamonds |
US7481879B2 (en) * | 2004-01-16 | 2009-01-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond single crystal substrate manufacturing method and diamond single crystal substrate |
FR2868204B1 (fr) * | 2004-03-25 | 2006-06-16 | Commissariat Energie Atomique | Substrat de type semi-conducteur sur isolant comportant une couche enterree en carbone diamant |
US7594968B2 (en) * | 2004-09-10 | 2009-09-29 | Carnegie Institution Of Washington | Ultratough CVD single crystal diamond and three dimensional growth thereof |
CN111733386B (zh) * | 2020-05-21 | 2021-11-26 | 南京航空航天大学 | 一种金刚石颗粒真空微蒸发镀钼方法 |
JP6998634B1 (ja) * | 2020-10-22 | 2022-01-18 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | ダイヤモンド形成用構造体、およびダイヤモンド形成用構造体の製造方法 |
CN117431524B (zh) * | 2023-12-18 | 2024-02-23 | 北京科技大学 | 一种自支撑金刚石薄膜的制备方法、金刚石薄膜及其应用 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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GB9001833D0 (en) * | 1990-01-26 | 1990-03-28 | De Beers Ind Diamond | Method of bonding a diamond film to a substrate |
ATE134223T1 (de) * | 1990-12-24 | 1996-02-15 | Gen Electric | Verkleidung aus metall zur steigerung der wachstumsgeschwindigkeit beim aufdampfen von diamant mittels cvd |
CA2076086A1 (en) * | 1991-09-27 | 1993-03-28 | Randall J. Kehl | Method for obtaining thick, adherent diamond coatings using metal interface screens |
US5298286A (en) * | 1992-11-09 | 1994-03-29 | North Carolina State University | Method for fabricating diamond films on nondiamond substrates and related structures |
US5455072A (en) * | 1992-11-18 | 1995-10-03 | Bension; Rouvain M. | Initiation and bonding of diamond and other thin films |
JPH06212428A (ja) * | 1993-01-20 | 1994-08-02 | Matsufumi Takatani | 金属表面へのダイヤモンド被覆の形成方法 |
JP3226367B2 (ja) * | 1993-03-05 | 2001-11-05 | 日本特殊陶業株式会社 | ダイヤモンドの選択形成方法 |
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JP3176493B2 (ja) * | 1993-09-17 | 2001-06-18 | 株式会社神戸製鋼所 | 高配向性ダイヤモンド薄膜の形成方法 |
JP3728465B2 (ja) * | 1994-11-25 | 2005-12-21 | 株式会社神戸製鋼所 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
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-
1995
- 1995-08-04 JP JP7219624A patent/JPH0948694A/ja active Pending
-
1996
- 1996-07-16 US US08/680,612 patent/US5743957A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-17 GB GB9615046A patent/GB2304118B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-08-01 DE DE19631107A patent/DE19631107C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB9615046D0 (en) | 1996-09-04 |
GB2304118B (en) | 1997-07-30 |
DE19631107A1 (de) | 1997-02-06 |
GB2304118A (en) | 1997-03-12 |
DE19631107C2 (de) | 2001-03-01 |
US5743957A (en) | 1998-04-28 |
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