様々な種類の基板上で広範囲にダイヤを成長させることができる装置は何ですか?
炭化水素の混合気体による化学気相蒸着(CVD:chemicalvapordeposition)を用いるもの。
1980年代初頭、この方法は世界中の科学機関により研究対象にされ、容易で順応性の高いCVD装置は研究機関の間では人気がある。
利点としては、様々な種類の基板上で広範囲にダイヤを成長させることができる点と、化学的な不純物の種類と量を細かく制御でき、それにより特性を自由に変化させたダイヤモンドの合成が可能な点である。
大量生産には、前節の高温高圧法がより適しているが、高圧力環境を必要とせず、一般的に27kPa未満でダイヤモンドの成長が行われる。
CVD法では、合成基板の前処理と、チャンバー内の混合気体の種類とその比率が重要である。
まず基板は、合成に適した材料とその結晶方位を選択しなければならない。
基板の合成面をダイヤモンド粉末で傷付け処理を施し、ダイヤモンド成長に最適な基板表面温度(約800°C)を設定する。
次に、合成ガスはメタンなどの炭素を含む気体と水素(メタンと水素の割合は1対99)を必要とする。
非ダイヤモンド炭素をエッチングにより選択的に除去するため、水素は不可欠である。
そして混合ガスはマイクロ波、熱フィラメント、アーク放電、電子ビームなどの方法で化学的に活性なラジカルへ励起させる。
注意点としては、プラズマ状態の気体によりチャンバー内の物質がエッチングされ、成長中のダイヤモンド内に取り込まれる点で、とくに気相合成ダイヤモンドには、装置に取り付けている透明の石英窓由来のケイ素が不純物として混入することがある。
防止するには石英窓のない装置で合成するか、窓から基板を遠ざければよい。
また、チャンバー内に非常に低濃度であってもホウ素を含む物質が存在すると、純粋なダイヤモンド合成には適さない。