(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドを化学蒸着（ＣＶＤ）によって合成する方法であって、真空チャンバー内で、前記合成されるダイヤモンドを支えるために配置された基板の近傍にプラズマを作り出し、かつ炭素を保有する物質及びＨ2を前記チャンバーに導入し、前記ダイヤモンドの合成を遂行する不飽和分子又はラジカルの形態で反応性炭素原子を保有する物質を含むガスを前記チャンバー内で生成する方法であり、前記合成されるダイヤモンドの電磁吸収及び非弾性拡散スペクトルを用いて、前記合成されるダイヤモンドの形成につながる反応に寄与する吸収周波数を前記スペクトルから導き出すこと、及び前記吸収及び非弾性拡散周波数に対応する各周波数によって決まるエネルギー量を保有するフォトンビームの形態でエネルギー光線を生成し、前記フォトンビームは前記プラズマ内に注入され、そこで、前記ダイヤモンドのエネルギー状態に関して、これらのエネルギー状態に対応するエネルギーを有するこれらのフォトンの吸収が、前記反応性炭素原子を保有する物質によってなされることを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
炭素キャリアガスを前記物質として導入する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不飽和分子又はラジカルのエネルギー状態と前記ダイヤモンドのフォノンのエネルギー状態との間のカップリングを達成するためのエネルギー光線として赤外線を使用する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
エネルギー光線としてＸ線、ＵＶ線及び可視光線を使用する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記合成されるダイヤモンドが、２セットの方向ベクトルで表される１セットの面を決める結晶格子を含み、第１ベクトルは前記ダイヤモンドの可能な面を決める高い原子密度を有する主網状平面の法線方向を示し、第２ベクトルは前記ダイヤモンドの結晶構造に従ってフォノンの伝播を可能にする波動ベクトルからなり、前記フォトンビームは前記２セットの方向ベクトルが示す方向に向けられ、注入される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記結晶格子が、八面体又は十二面体であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ＵＶＣ光線のビームが前記プラズマ内に注入される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記真空チャンバー内に電場を作り出すことによって前記プラズマが生成され、前記電場は第１及び第２電位によって作り出され、前記第１電位は、前記基板に対して高さ方向の第１ゾーンオフセット内に作られ、前記第２電位は前記基板の直近にある第２ゾーン内に作られ、前記第１及び第２ゾーンは互いに隣接し、前記第１及び第２電位は前記基板の方を向いた傾斜を有し、前記第１電位の勾配は前記第２電位の勾配より大きい、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記基板の周辺に設置された発生器によって前記第２電位が作られる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板の上方に設置されたグリル及びフィラメントによって前記第１電位が作られる、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記合成されるダイヤモンドの蒸着中、前記基板は所定温度で維持される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記蒸着がホットフィラメントを用いて蒸気相内で行われる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記合成されるダイヤモンドの層が少なくとも１μｍの厚さを有する場合、前記チャンバー内にホウ素キャリアガスをＨ2に対して０．０１〜２００ｐｐｍの比率で注入することによって前記ダイヤモンドをドープし、かつ電子−フォノン相互作用に対応する周波数を有する第２フォトンビームを前記プラズマ内に注入して前記ダイヤモンドの超伝導性を生じさせる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２フォトンビームが、非ドープダイヤモンドの値に対して４ｍＶのオフセットを有する方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットの方向ＬＯ＿（Γ→Ｌ及びΓ→ξ）に注入される第１ビームフラグメントと、該セットの方向ξのフォトンビームの第２フラグメントとに分割される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記合成されるダイヤモンドの層が少なくとも１μｍの厚さを有する場合、前記チャンバー内にホウ素キャリアガスをＨ2に対して０．０１〜１００ｐｐｍの比率で注入することによって前記ダイヤモンドをドープし、かつ電子−フォノン相互作用に対応する周波数を有する第３フォトンビームを前記プラズマ内に注入して前記ダイヤモンドの半導体性を生じさせる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第３フォトンビームが、方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットの方向Ｌに注入される第１ビームフラグメントと、該セットの方向ξに注入される第２フラグメントとに分割される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記合成されるダイヤモンドの層が少なくとも１μｍの厚さを有する場合、前記チャンバー内に窒素保有ガスを、ＣＨ4に対して窒素が０．１〜１の割合で注入することによって前記ダイヤモンドをドープし、かつｎ型半導性を生じさせる電子−フォノン相互作用に対応する周波数を有する第４フォトンビームを前記プラズマ内に注入する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第４フォトンビームが、Ｃ型中心のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する方向ベクトルのセットに従って、及び／又はＡ型集合体のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する３つのフォトンビームに従って、及び／又はＢ型集合体のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する４つのフォトンビームに従って、前記プラズマ内に注入される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記チャンバーに導入される、前記炭素を保有する物質が、ＣＨ4又はＣ2Ｈ2である、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
化学蒸着によるＳｉ−Ｇｅ型半導体の形成方法であって、前記蒸着がチャンバー内で行われること、及び
−水素の存在下、５００℃〜６００℃の温度で、基板上のシリコンの化学蒸着、及び０．０１〜１０００ｍｂａｒの間にある圧力でチャンバーが維持されること、かつ前記蒸着は、シリコンの蒸着層が少なくとも３ｎｍの厚さを有するまで、Ｓｉ−Ｓｉ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームを前記チャンバー内に注入することによって行われること；
−４００℃〜５５０℃の間にある第１温度での前記基板の温度の安定化；
−Ｓｉ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応する第１のフォトンビームと、Ｇｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応する第２の別のフォトンビームとを前記チャンバー内へ注入するとともに、層Ｇｅが所定厚さで得られるまで、４００℃〜５５０℃の温度でＳｉ層上のゲルマニウムを化学蒸着すること；
−水素の存在下、前記化学蒸着の温度の７５０℃〜８５０℃の間にある値への上昇；
−所定厚さの層が得られるまで、Ｇｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームの注入を維持すること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記フォトンビームが、シリコンの１セットの方向ベクトルに従って注入される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ダイヤモンドを化学蒸着（ＣＶＤ）によって合成する装置であって、前記合成されるダイヤモンドが、１セットの方向ベクトルであって各ベクトルは前記ダイヤモンドの所定面の法線方向を示すベクトルによって表される１セットの可能な面を備える結晶学を有し、該装置は、前記合成される固体ダイヤモンドを支えるために配置された基板と、真空チャンバーとを含み、前記真空チャンバーは該チャンバー内で前記基板の近傍にプラズマを生成するために配置されたプラズマ発生器を含み、前記チャンバーは、炭素を保有する物質及びＨ2を該チャンバー内に導入するために配置された入口を含み、前記チャンバーは、前記炭素保有物質及びＨ2から、該チャンバー内で、前記ダイヤモンドの合成を遂行するラジカル又は不飽和な形態の分子を含むガスを生成するように配置されている装置であり、該装置は、前記チャンバーに取り付けられたフォトンビーム発生器を含み、前記フォトンビーム発生器が、前記合成される固体ダイヤモンドの電磁吸収及び非弾性拡散スペクトルから導き出される吸収周波数に対応する各周波数によって決まるエネルギー量を保有するフォトンビームの形態でエネルギー光線を生成するように配置され、かつ前記合成される固体ダイヤモンドの形成につながる反応を生じさせ、前記フォトンビーム発生器は、前記生成されたビームを、前記固体ダイヤモンドの所定の方向ベクトルと、前記フォトンビームに含まれるエネルギーを決める、ブリルアン帯中心におけるモードを含むフォトンモードのエネルギーと関連するブリルアン帯の波動ベクトルとの両方に対応する角度で前記チャンバー内に注入できるように、前記チャンバーに取り付けられ、前記フォトンビーム発生器は、前記プラズマ内へ前記フォトンビームを注入できるように前記チャンバーに取り付けられ、かつ前記固体ダイヤモンドのエネルギー状態に関して、反応性炭素原子を保有する物質によって引き起こされる、これらのフォトンの吸収がこれらのフォニック状態に対応するエネルギーを有することを特徴とする、前記装置。
【請求項２３】
ＵＶＣ光線のビームを生成するために配置された別の発生器を含み、前記別の発生器は前記プラズマ発生器によって生じたプラズマ内にＵＶＣ光線を注入できるように前記チャンバーに取り付けられている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記基板の周辺に取り付けられた、前記プラズマを集束させるためのシステムを含む、請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記プラズマ集束システムが、リングによって形成されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記プラズマ集束システムが、前記基板の周りの一連のブロッホ波の形態で配置されたワイヤによって形成されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記炭素を保有する物質が、ＣＨ4又はＣ2Ｈ2である、請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
前記エネルギー光線が、赤外線、及び／又はＸ線、ＵＶ線及び可視光線である、請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって材料、特にダイヤモンドを合成する方法に関する。この方法によれば、真空チャンバー内で、合成される材料を支えるために配置された基板の近傍にプラズマが生成され、かつ炭素を保有する物質、特にＣＨ4又はＣ2Ｈ2、及びＨ2をチャンバーに導入し、材料の合成を遂行する不飽和分子又はラジカルの形態で反応性炭素原子を保有する物質を含むガスをチャンバー内で作り出す。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、米国特許第４８５９４９０号から知られている。この公知方法によれば、４０〜４００トルの圧力で維持され、かつ中に基板がある真空チャンバーが用いられる。フィラメントとグリルの間に加えられた電位を利用してプラズマが生成され、前記グリルはフィラメントと基板の間に位置している。フィラメントは少なくとも１６００℃の温度に加熱され、炭素保有ガス及びＨ2がチャンバーに導入されて、化学蒸着によって炭素からダイヤモンドを合成できるようにする。
この公知方法の1つの欠点は、合成される固体材料の蒸着速度が遅い（１時間当たり約１μｍ）ことであり、この手順は、良い品質の合成ダイヤモンドを調達する場合でさえ、経済的観点からは全く有益でないことを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、化学蒸着によって材料を合成する方法であって、材料の良い品質を有しながら、公知方法の蒸着速度より高い蒸着速度を得るこを可能にする方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的のため、本発明の方法は、合成される材料の電磁吸収及び非弾性拡散スペクトルを用いて、これらのスペクトルから、合成される材料の形成につながる反応に寄与する吸収周波数を導き出すこと、及び前記吸収及び非弾性拡散周波数に対応する各周波数によって決まるエネルギー量を保有するフォトンビームの形態でエネルギー光線を生成し、前記フォトンビームはプラズマ内に注入され、そこで、固体材料のエネルギー状態に関して、これらのエネルギー状態に対応するエネルギーを有するこれらのフォトンの吸収が、前記反応性炭素原子を保有する物質によってなされることを特徴とする。どんな場合においても、吸収（固有又はデフォルトによって活性化された）及び非弾性拡散周波数（フォトン及びニュートロンの）に正確に対応するエネルギー保有フォトンビームの形態のエネルギー光線を生成及び注入することによって、チャンバー内に生じたプラズマ中に存在する前記反応性炭素原子を保有する物質が、合成される材料のエネルギー状態のエネルギーに適切に対応するエネルギーを吸収することができる。その結果、これは、得たい材料を合成するために吸収すべきエネルギーにより良く的を絞れるようにする。このようにして、合成される材料を形成する確率が実質的に上昇し、合成される材料の蒸着速度を公知方法よりかなり高くする。さらに、吸収すべきエネルギーの的を絞ることによって、合成される材料の品質が優れる。
【０００５】
好ましくは炭素保有ガスを前記物質として導入する。ガスの添加は制御が容易であり、エネルギー光線のより効率的な吸収が得られる。
好ましくは、不飽和分子又はラジカルのエネルギー状態と材料のフォトンのエネルギー状態との間のカップリングを達成するためのエネルギー光線として赤外線を使用する。これらの赤外線は、合成される材料のスペクトルに存在する広範な周波数を網羅する。本発明の方法の第１の優先的実施形態は、合成される材料が２セットの方向ベクトルで表される１セットの面、例えば、ダイヤモンドの場合は八面体又は十二面体、を決める結晶格子を含み、第１ベクトルは前記材料の可能な面を決める高い原子密度を有する主網状平面の法線方向を示し、第２ベクトルは材料の結晶構造に従ってフォノンの伝播を可能にする波動ベクトルからなり、前記フォトンビームは前記２セットの方向ベクトルが示す方向に向けられ、注入されることを特徴とする。従って、この実施形態では本方法は、フォノンモードωのエネルギーを有するフォトンビームであって、例えば通常Γで表されるブリルアン帯の中心を含め、臨界点及び高対称点で、前記材料の分散曲線から導き出される対応する波動ベクトルＫ（ブリルアン帯内にある）により方向づけられるフォトンビームを注入することから成る。正格子及び逆格子のそれぞれの網目に関するこれらの２セットの方向は、結局前記フォトンビームのために選ばれる方向を与える。フォトンビームが注入されるときのこれらの２セットのベクトルを考慮することによって、フォトンとフォノンの間の相互作用の確率を高め、ひいては合成される材料の蒸着速度の向上に役立つ。
【０００６】
本発明の方法の第２の優先的実施形態は、ＵＶＣ光線のビームをプラズマ内に注入することを特徴とする。ＵＶＣビームの注入は、特にプラズマの密度を高め、ひいては固形物の合成を刺激する。
本発明の方法の第３の優先的実施形態は、真空チャンバー内に電場を作り出すことによってプラズマが生成され、前記電場は第１及び第２電位によって作り出され、前記第１電位は、基板に対して高さ方向の第１ゾーンオフセット内に作られ、第２電位は基板の直近にある第２ゾーン内に作られ、第１及び第２ゾーンは互いに隣接し、前記第１及び第２電位は基板の方を向いた傾斜を有し、第１電位の勾配は第２電位の勾配より大きいことを特徴とする。これは、不飽和分子を保有するか又はラジカルの形の物質が基板の周り全体により良く集中できるようにし、ひいては材料を合成する確率を高めることができる。
本発明は、本発明の方法を適用するための装置にも関する。
以下、本発明の装置の実例実施形態を示す図面の助けを借りて本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１ａ】本発明の装置を概略的に図示する。
【図１ｂ】本発明の装置を概略的に図示する。
【図１ｃ】本発明の装置を概略的に図示する。
【図２】フォトンビームを生成するためのエミッタを示す。
【図３】フォトンビームを生成するためのエミッタを示す。
【図４】ＵＶＣを生成するためのエミッタを図示する。
【図５】装置内で起こる本発明の方法を図示する。
【図６】方法の工程を示す。
【図７】方法の工程を示す。
【図８】方法の工程を示す。
【図９】ＣＶＤによって得られたダイヤモンドの吸収スペクトルを示す。
【図１０】プラズマを集束させるめのシステムの実例実施形態を示す。
【図１１】第１及び第２電位を示す。
【図１２】ダイヤモンド等の材料の網目の第１ブリルアン帯を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図中、同一要素又は類似要素には同一の参照番号を割り当てた。
図１ａ、１ｂ及び１ｃは、本発明の装置の実例実施形態を概略的に図示する。図１ａは装置の構造を示し、図１ｂは装置の要素の空間配置を示す。装置１は、熱フィラメント化学蒸着（ＨＦＣＶＤ）によって材料を合成する方法に適用するために配置されている。しかしながら、図示した装置は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって材料を合成する他のいずれの方法にも可能であり、かつ本発明はＨＦＣＶＤプロセスに限定されず、いずれのＣＶＤプロセスにも適用されることは明らかである。
図１ｂ及び１ｃに示す装置１は真空チャンバー２を含み、これは好ましくは合成プロセスの開始前には１０-3トルの圧力状態になっている。チャンバー２は、既知様式で、例えばポンプを利用して真空下に置かれる。チャンバー２内には、合成される材料１７を支えるように配置された、例えばプレートで形成された基板キャリア３がある。この材料は蒸着を達成するのに適合し得るいずれの物質であってもよく、例えばダイヤモンド、Ｗ、ＷＣＣｏ、ＷＣＮｉ、シリカ等である。
基板キャリア３は、後で述べる理由のため好ましくは第１ＡＣ電源１６に接続される。必要に応じて、基板キャリア３はＤＣ源１６’にも接続される。基板キャリア３は、好ましくは、基板の温度を調節する働きをする冷却プレート１８上に取り付けられる。このために、この冷却プレート１８には液体を冷却するための入口１９Ａ及び出口１８Ｂが接続されている。
基板の上方にグリル４があり、グリル４の上方にフィラメント５がある。フィラメント５は好ましくは、プラズマのより良いコリメーションのために電場を集束させる働きをする２つのコリメータ５Ａ間に取り付けられる。コリメータは、蒸着領域内の温度、及びプラズマのより良い分散をもたらす。本発明は図１ａ及び１ｂに示すグリル及びフィラメントの位置に限定されず、またこれらの位置が逆であってよいことにも留意すべきである。
グリル４は第２電源６に接続され、フィラメント５は第３電源７に接続されている。第２及び第３電源はＤＣ電源である。必要なときはグリル４を第４のＡＣ電源（図示せず）に接続してもよい。フィラメントは、ＡＣ電源である第５電源８にも接続されている。第１、第２及び第３電源は基板、グリル及びフィラメント間の電位を変える働きをするが、第５電源８はフィラメントの加熱に役立つ。基板、グリル及びフィラメント間の電位を変えることによって、チャンバー内の電場を変えることができ、ひいてはチャンバー内で生成されるプラズマを制御することができる。フィラメント及びグリルに加えられる電圧は、合成される材料に応じて０．１〜４００ボルトで異なり得る。グリルは基本的に、チャンバー内に存在する不飽和分子又はラジカルを保有する化学物質の流れを調節する働きをし、一方フィラメントはガスを活性化する働きをする。
【０００９】
本発明の装置は、基板周辺に設置されるプラズマを集束させるためのシステム９をも含み、このシステム９は、固体材料の合成が起こり、かつ蒸着が達成される領域内の温度及びプラズマの分布を改善するために配置されている。図１０は、プラズマを集束させるための該システム９の例を示す。プラズマ集束システムは、例えば基板及び基板に対してチャンバーの上端の方へのオフセットの周りに設置されるリング５０によって形成される。実質的に逆Ｕ字型に折り曲げた１セットの金属ワイヤで集束システム９を形成して、基板の周りに設置してもよい。プラズマ集束システムは、直流を供給する第６電源１０によって電力供給される。プラズマを集束させるためのリング形状は、フィラメントとの関連では基板キャリアの両側に設置される２つの半円形によって満たされるのが好ましい。プラズマ集束システム９は、好ましくは基板の方にプラズマをより良く集束させるために基板キャリアの方へ傾くように設置される。
【００１０】
本発明の装置は、チャンバーの上方に配列され、かつエネルギー光線、特に赤外線（ＩＲ）をフォトンビームの形で生成するために配置されるフォトンビーム発生器１１−１〜１１−５をも含む。フォトンビーム発生器の数は、物質の結晶学によって決まるので、図１ａ及び１ｂに示すものに限定されない。図１ｃに示す実施形態のように、１つのフォトンビーム発生器のみでも可能である。この又はこれらの発生器は、合成される材料のスペクトル密度関数Ψ（ω，Ｋ）（ここで、ωは周波数を表し、Ｋは、後述するように偏極しているか又は平面内にない波動ベクトルを表す）によって決まる周波数のエネルギー光線を生成する働きをする。最後に、装置は、ＵＶＣ光線のビームを発生させる発生器１２−１、１２−２及び１２−３（１２−３は図中に見えない）を備えている。後者の発生器は好ましくは円形に配置され、それらの間の角度はいずれの場合も対称性の理由で１２０°である。
明瞭さの理由で、赤外線を生成するために配置されるフォトンビーム発生器の実施形態のみについて述べる。しかしながら、本発明はこの実施形態に限定されず、材料と相互作用する電磁スペクトルの他のいずれのエネルギー光線（Ｘ線、ＵＶ線、可視光線）をも使用することができる。
【００１１】
プラズマをチャンバー２内で生成しなければならないので、本発明の装置は、特に炭素保有ガスの形の炭素保有物質と、水素（Ｈ2）とをチャンバーに導入するための、供給源１３に接続された入口をも含む。導入される物質は当然、合成される材料に関係がある。供給源は、チャンバーに注入されるガスの流速を調節するために配置された流量制御弁１４を用いてチャンバーに接続されている。ダイヤモンドを形成するためには、不飽和分子又はラジカルの形の反応性炭素原子（これらから材料の合成が達成される）を保有する物質を含むガスをチャンバー内で生成するため、炭素保有物質がチャンバーに導入される。炭素保有ガスは、例えばメタン（ＣＨ4）又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）である。この合成反応自体は既知であり、例えば、J E Butler, Y A Mankelevich, A Cheesman, Jie Ma及びM N R Ashfoldによる表題「ダイヤモンドの化学蒸着の理解：最近の進展（Understanding the chemical vapour deposition of diamond : recent progress）」の論文（Journal of Physics Condensed Matter 21, 2009）に記載されている。必要な場合、チャンバーに入る前に加熱１５を利用してガスを予熱してよい。ガスを送り込んでチャンバー内部で広がるガスの圧力の平衡を保つため、ガスポンピング装置２７がチャンバーに接続されている。ダイヤモンド以外の材料を形成するためには、不飽和分子又はラジカルの形の反応性材料の基礎原子（これらから前記材料の合成が達成される）を保有する物質を含むガスをチャンバー内で生成するため、前記材料を形成するために必要な物質がチャンバーに導入される。
【００１２】
蒸着ゾーンは基板の近傍に位置している。合成反応が起こるのは蒸着ゾーンであり、このため、蒸着ゾーン内では、温度分布及び活性化すべき化学種の分布が非常に均質でなければならない。
本発明の方法は、活性化学種の固有の量子状態と合成される材料の固有の量子状態の選択的励起及びカップリング中の物理的共鳴現象に基づいている。この合成される材料は固体材料、液体又はガスであってさえよい。本発明の目的は、量子状態レベルでの選択的遷移を可能にすることによって合成方法の効率を高めることである。本発明の方法は、反応工程中のこの材料の有効又は見掛け吸収スペクトルに対応し、かつ材料の形成につながる固有の量子状態のいくつかを強いることによって、材料の合成による形成の可能性を補助する。
本発明の方法は、合成される材料に対応する特定の固有量子遷移を強いることによっても化学種の形成の可能性を促進する。最後に、本方法は、合成される化学種の特定の固有量子状態を、前記化学種に対応する形成中の反応工程時に強いることによって化学種の形成の可能性を促進する。
【００１３】
本発明の方法では、反応の種々の瞬間、又は全反応中に作用し得るエネルギー（ＥDAst）がチャンバーに導入される。従ってチャンバー内には以下のものがある。
−ＥDst；溶解エネルギーであり、その機能は、物質中に存在する化学結合のいくつかを切り裂き、出発物質又は合成される材料につながるであろう過渡的物質を選択的に、特に共鳴によって形成することである。溶解エネルギーは、例えばＵＶＣ光線によって生成される。
−ＥAst；構造化エネルギーであり、形成すべき構造を形成、統合又は構成し；その機能は、形成又は合成される物質の構造を固定することである。
合成される材料のスペクトル密度関数［Ψ（ω，Ｋ）］は、状態スペクトル密度の関数の和で構成されている。
Ψ（ω，Ｋ）＝ΨE（ω，Ｋ）＋ΨV（ω，Ｋ）＋ΨR（ω，Ｋ）＋ΨT（ω，Ｋ）
ここで、ΨEは電子状態スペクトル密度関数を表し、ΨVは振動又はフォニック状態スペクトル密度関数を表し、ΨRは回転状態スペクトル密度関数を表し、ΨTは並進状態スペクトル密度関数を表す。ダイヤモンドの例について振動状態に対応するこの状態スペクトル密度関数のより完全な詳細は、Claude Klein, Thomas Hartnett及びClifford Robinsonによる表題「ダイヤモンドの臨界点フォノン周波数(Critical-point phonon frequencies of diamond)」（Physical Review B, Vol 45, No 22 of 1 June 1992）の論文に記載されている。特に、ダイヤモンドでは、全体的な状態スペクトル密度関数は、電子（ΨE（ω，Ｋ））のスペクトル密度関数と振動（ΨV（ω，Ｋ））状態スペクトル密度関数の和で表される。材料が液体で形成されるときは、回転状態を考慮しなければならず、ガスでは、並進状態を考慮しなければならない。
【００１４】
本発明の方法は、この状態スペクトル密度関数に頼るか、或いはこれがない場合には、合成される材料の有効又は見掛けの電磁吸収スペクトルに頼る。ダイヤモンドの例については、Kleinらの論文の図９に示される吸収スペクトルを参照されたい。これらの電磁吸収スペクトルは、材料に固有であるか、又はデフォルトによって活性化されたスペクトルである。これらの電磁吸収スペクトルは、合成される材料のフォトン又はニュートロンの非弾性拡散スペクトルでもある。合成される材料を特徴づけ、ひいては合成される材料の形成につながる反応に寄与する吸収周波数（ｆi）は電磁吸収スペクトルから導き出される。
従って、例えばこの場合もKleinらの論文を参照すると、２フォトンスペクトルに相当する表ＩＩに示される１７の１≦ｉ≦１７エネルギーレベルが考えられる（及び（又は）１フォトンスペクトルに相当する同論文の表Ｉ）。これらのエネルギーレベル及びそれらに対応する吸収周波数を用いて、これらの周波数ｆiの各（ｉ）についてエネルギーＥi＝ｈｆi（ｈはプランク定数に等しい）の量を保有するフォトンビームが形成されるであろう。このようにして、ダイヤモンドの例では、１７のフォトンビームが得られ、それぞれうまく決定された量のエネルギーＥiを有する。当然に、周波数は、合成される固体材料によって決まる。ｉ＝１７という選択は、Kleinらの論文の例に関連するが、本発明を全く限定しない。
当然、前記論文の図９に示された合成される材料のスペクトルの全ての周波数を得ることができた。しかしながら、実際には、最も代表的なもの及び材料を決定するのに必要なものを得れば十分である。従って、R Vogelgesang, A Alvarenga, Hyunjung Kim, A Ramdas及びS Rodriguesによる表題「等方制御されたダイヤモンドのマルチフォノンラマン及び赤外スペクトル（Multiphonon Raman and infrared spectra of isotropically controlled diamond）」の論文（Physical Review B, Volume 58, number 9 of September 1998 on pages 5408 to 5416）の表ＩＩＩに示される値を得ることができた。しかしながら、この表が示すように、全てのエネルギーレベルが赤外周波数範囲内で活性があるわけではなく、従って活性化されなかった当該周波数のフォトンビームの生成は役立たない。
【００１５】
従って、各フォトンビームに含まれるエネルギーは、合成される材料に固有のフォノンモードの励起エネルギーを表す。このようにプラズマ中に存在する反応性炭素原子（フォトンと接触して、ビームのフォトンの吸収周波数に対応する吸収周波数を有する）を保有する物質は、それが合成される固体材料である場合には、振動遷移を受け、これは基板（又は既に形成された固体）とのそれらの相互作用に影響を及ぼすであろう。その結果は、フォトンのエネルギーは合成される材料のフォニック状態のエネルギーに対応するので、前記材料の表面により多く的を絞った高効率の相互作用及び反応であり、非選択的に全ての周波数（電子、振動等）にわたってエネルギーが分布される既知の方法と比較して、本方法のより高い有効性をもたらすであろう。本発明の方法は、材料と反応性炭素原子を保有する物質との相間における、２つの系の最適カップリングのためのフォトンを利用した相互作用という現象に頼る。
これらのフォトンビームは、発生器１１−ｉを利用して、チャンバー２内に存在するプラズマ内に注入される。従って、各フォトンビームに取り込まれるエネルギーは、フォニック状態レベルで共鳴によって吸収を引き起こすのに必要なエネルギーに相当する。従って、プラズマ内に存在する反応性炭素原子を含有する物質は、吸収周波数がフォトンビームのエネルギーの吸収周波数に対応するフォトンと接触して、このエネルギーを吸収し、その結果として、形成すべき固体材料のより有利な合成反応をもたらす。いずれの場合もフォトンのエネルギーはフォニック状態のエネルギーに対応するので、フォトンのエネルギー吸収につながる可能性がより高い、より的を絞った反応が起こり、それゆえに、エネルギーが非選択的に全ての周波数を網羅する既知の方法に比べて本方法の効率をさらに高めるであろう。
【００１６】
図２は、フォトンビームを発生させるエミッタ（１１−ｉ）の実例実施形態を示す。この発生器は、選ばれた吸収周波数ｆiに対応するエネルギーＥiを有するフォトンビームを生成する。発生器は、高い効率を与えるため好ましくは銅製の本体２０を含む。この本体は、円錐台形状（frustoconical shape）を有し、その頭部に、赤外（ＩＲ）エミッタを形成する１セットのセラミック加熱プレート２１を含む。図示した例では、発生器は、表面全体を覆って分布し、かつ図の上部に示される７つのプレートを含む。発生器は、例えばアルゴン用のガス入口２２をも含む。このガスは、内壁の酸化を減じる働きをし、それにより内壁の高い反射指数を維持できるようにする。ガスは、生成された赤外線の吸収をも減らし、非常に選択的なエネルギー量を有するフォトンビームの発生に寄与する。必要な場合、冷却システム２９の液体循環のためにポンプ２８が設けられる。
円錐台状管への入口の近傍には、広い通過バンドを有する第１セットのフィルター２３が取り付けられている。これらのフィルターは例えばサファイアで形成されている。フィルターセットを使用する代わりに１つのみのフィルターを使用することもできるが、後者の解決策はより費用がかかる。このセットのフィルターは生成すべきエネルギーの周波数の選択を可能にする。第１フィルターの下方には、狭い通過バンドを有する第２セットのフィルター２４が取り付けられ、その結果、第１及び第２セットのフィルターがガス入口２２−１の両側に位置している。この第２セットは、合成反応に必要な全ての周波数ｆiを選択するための多通過光学フィルターから成る。発生器の末端には、フォトンビームのコリメータとして働く光学レンズ２５がある。レギュレータに連結された電流供給源２６がエミッタの温度を制御する。
従って、フォトンビーム発生器を操作するためには、生成すべきエネルギーの周波数が第１及び第２セットのフィルター２２及び２４を用いて供給される。エミッタ２１によってフォトンが生成され、セットのフィルター２３及び２４を調整することによって所要エネルギーｆiが得られる。このようにして、選ばれた周波数ｆiのエネルギーＥi＝ｈｆiを有するフォトンビームが第２セットのフィルター２４から現れる。数個の発生器１１−ｉの存在のため数個のエネルギービームＥi（ｆi）を同時に発生させることができる。
【００１７】
合成される材料は、２セットの方向ベクトルで関連づけることができる結晶網目を有する。第１セットのベクトルは、前記固体材料の可能な面、例えば、ダイヤモンドの例では、八面体又は十二面体を決める最高原子密度を有する主要網様平面の法線方向を示す。第２セットの波動ベクトルは、材料の結晶構造に従ってフォトンの伝播が許容される波動ベクトルから成る。これは、例えばRamdasによってIEE of July 2000に発表された表題「従来型ダイヤモンドのフォトンのラマン、ブリルアン及び赤外分光学（Raman, Brillouin and infrared spectroscopy of photons in conventional diamond）」の論文に詳細に記載されている。図１２は、高対称点Γ、Ｌ、Ｘ、Ｗ、Σ、ξを有するダイヤモンド等の材料の網目の第１ブリルアン帯を示す。
前記フォトンビームは、前記２セットの方向ベクトルが示す方向に向けて注入される。本方法は、フォノンモードωのエネルギーを有し、かつ例えば通常Γで表されるブリルアン帯の中心を含め、臨界点及び高対称点で、前記材料の分散曲線から導き出される対応する波動ベクトルＫ（ブリルアン帯内にある）により方向づけられるフォトンビームを注入することからも成る。末端の正格子及び逆格子のそれぞれの網目に関するこれらの２セットの方向は、前記フォトンビームに合わせた方向の選択を可能にする。これらの２セットのベクトルを考慮すると、フォトンビームが注入されるとき、相互作用の確率を高めることができ、ひいては合成される固体材料の蒸着速度を増すのに役立つ。
合成の効率を高めるためには、この結晶学を考慮し、かつ結晶面の法線により示される方向及び（又は）フォノンの伝播が斟酌される波動ベクトルに対応する方向にもフォトンビームを注入することが有用である。本発明の方法で進行するこのやり方は上記フォトンの注入を改善するが、これらの好適方向を考慮することなく注入を直接行なうこともできることに留意すべきである。発生器は、この可能性を正確に許容するために方向づけてチャンバー上に取り付けられている。
【００１８】
図３は、フォトンビームを発生させる単周波数発生器３０の別の実例実施形態を示す。この発生器はエミッタ本体３１を含み、これもフォトンの高反射指数を与えるため好ましくは銅製である。この円錐台形状を有する本体３１の上部には、狭い発光バンドを有するセラミック加熱プレート３２が取り付けられている。その上部にはガス入口３３も設けられている。このガスは、図２の例で述べたのと同じ役割を果たす。
発生器３０は、バンド幅を減じることによってｆiに対応する周波数値の前選択を可能にする広い周波数バンドを有する第１セットのフィルター３４を含む。同時に、この第１フィルター３４は、発生器内で生成される熱の減少を促す。狭い通過バンドを有する第２セットのフィルター３５は、所要周波数ｆiを選択できるようにし、光学レンズ３６は、フォトンビームのコリメーションを可能にする。最後に、電力供給源３７が電流を供給し、レギュレータ３８が温度を調節する。
材料の合成をさらに刺激するためには、プラズマ内に十分な不飽和分子又はラジカルが存在することが重要である。これは、これらの不飽和分子又はラジカルは、材料の蒸着に必須のブリック（brick）だからである。この目的を達成するために、本発明の方法は、ＵＶＣ光線のビームの生成を含み、これらが次にプラズマに注入される。図４は、このようなＵＶＣ光線の発生器（４０）の実例実施形態を示す。この発生器４０は、好ましくはＵＶＣ光線の高反射指数を与えるためアルミニウムから製作された本体４１を含む。本体４１の内部にＵＶＣランプ４２が取り付けられている。このランプがＵＶＣ光線を生成し、これが漏斗の形のコリメータ４３に送られる。ＵＶＣ光線のエミッタは好ましくはプラズマに直接注入できるようにチャンバーの側面に設置される。このようにしてＵＶＣ光線が反応ＣＨ4→ＣＨ+3＋Ｈ-を刺激し、より大きい濃度のＣＨ+3を生じさせ、これが所要材料の合成に寄与する。
材料の合成による蒸着効率をさらに高めるために、プラズマ集束システムを利用する。図１０は、該システムの第１実施形態を示す。チャンバー内には、基板キャリア３の周辺かつ基板１７に対して高さのオフセットにリング５０が設置されている。リング５０はフィラメント５の下方に位置し、電流供給源に接続されている。図１０のリング５０を基板キャリア３の周辺に配置される一連のブロッホ波として構成される導電体と置き換えることによって、プラズマ集束システムの第２実施形態を実施することができる。リング５０も導電体も基板の方に向いた電場を生成し、これがチャンバー内に存在するプラズマを基板の方へ集束させる。プラズマ集束システムはグリル４と基板３の間に位置している。
【００１９】
ここで、本発明の方法を図５〜８及び１１を用いて説明する。グリル４及びフィラメント５は、基板に対して高さ方向の第１ゾーンＲＦＧオフセットに第１電位を作り出すことができる。この第１ゾーンは、グリル４及びフィラメント５の近傍に位置している。プラズマ集束システムは、基板キャリア３の表面上に位置している第２ゾーンＲＤに第２電位を作り出す。第１及び第２ゾーンは、第１及び第２電位間にいわゆる真空を作り出さないように互いに隣接している。チャンバー内には、フィラメント５の周りにプラズマのゾーンＲＰＦもある。第１ゾーンＲＦＧ内では、フィラメントとグリルの間の電位差によってプラズが確立している。基板周辺のゾーンＲＧＣ内では、グリルと集束システム９の間の電位差によってプラズマが確立している。一方、集束システムの下方のゾーンＲＣＳ内では、集束システムと基板キャリアの間の電位差によってプラズマが確立している。
第１及び第２電位は、それらの異なる構成及び技術的設計のため、それぞれ異なる勾配を有する。電位をもたらす２つの電場が基板の方に向いている場合でさえ、第１電位の勾配レベルは第２電位の勾配レベルより高い。図１１は、チャンバー内の電場分布を示す。理解を容易にするため、この図１１には、グリル４、フィラメント５及び基板３を繰り返して示した。この図では、電位がどのようにして基板の周りに集中し、それによってポテンシャル井戸（その中に基板がある）を作り出しているかが分かる。実際には、フィラメントの周りに、基板キャリアの上方に広がるように電位が集中しているのが分かる。従って、材料の合成による蒸着は、基板のこの領域で促進されるであろう。グリルの周りでは、電場が楕円ループの構造を有するのが分かる。図１１に示した例では、グリルの電圧は１８５Ｖ、フィラメントの電圧は−２５Ｖ、基板キャリアの電圧は−０．１Ｖであり、集束システムは２０Ｖである。集束システムにより生じた電位がどのようにして基板キャリアの周りにプラズマを集中させる傾向があるかも分かる。
【００２０】
ここで、図５〜８の助けを借りて本発明の方法をさらに詳細に説明する。チャンバー２内では、前述したようにプラズマ６０が作り出され、ガスは供給源１３によってチャンバーに導入される。第１及び第２電位の値は、合成される材料に応じて確立される。
スペクトル分布関数又はそうでなければ合成される材料のその吸収スペクトルに基づいて、使用者は、発生器１１を用いて、材料の合成に必要なエネルギーＥi＝ｈｆiを有するフォトンビーム６１を生成できるように種々の吸収周波数ｆiを決めるであろう。図５は、どのようにしてゾーンＲＩ内でエネルギー光線をチャンバーに導入するかを示す。適用できる場合、チャンバーに導入される光線を偏光させることができる。後者の場合、周波数値と関連する波動ベクトル及び材料の結晶学と関連する波動ベクトルの偏光面が考慮される。このようにして生成されたエネルギーはプラズマ内に注入され、そこでエネルギーは、プラズマ内に存在する反応性炭素原子を保有する物質により吸収され得る。基板の近く又は基板の表面の近くにプラズマが集束しているので、反応性炭素原子を保有する物質と基板（そこには既に形成された材料が存在する）の間のより良いエネルギー相互作用が得られるであろう。
プラズマ内に含まれる物質を選択的に励起させるであろうＵＶＣ光線発生器１７を活性化することによって改善を得ることができる。これは、プラズマ内に不飽和分子又はラジカルを含む選択形の生成を増やし、ひいてはエネルギー吸収の確率を高めるようにする。これらのＵＶＣ光線は、ゾーンＲＡＳ内、すなわちグリルのゾーン内へ導入される。ダイヤモンドの例では、ベクトルＬ、Ｗ、Σ及びξのセットに従って１７の周波数値がプラズマ内へ注入される。ベクトルＬの方向に４ビーム、ベクトルＷの方向に３ビーム及びベクトルΣの方向に７ビーム、ベクトルξの方向に３ビーム。最後に、集束システムを用いて、基板キャリアの周り（ゾーンＲＤ）にプラズマ井戸６３を形成し、このようにして反応性炭素原子を含有する物質を基板の周りに集束させることができる。
【００２１】
当然に、本発明はダイヤモンドの合成に限定されず、合成される他の材料に適用可能である。従って、例えば、超伝導体を生成するために本発明の方法をダイヤモンドのホウ素によるドーピングに適用できる。超伝導体を得るための条件は、原子密度ｎB＞３×１０20原子／ｃｍ3（＞６００ｐｐｍ）である。超伝導体を得るために、本発明の方法は、最初はダイヤモンドの合成で述べたのと同様である。ホウ素によるダイヤモンドのドーピングを達成するためには、ホウ素を保有するガス、例えばトリメチルボラン又は三塩化ホウ素又はジボラン、特にＨ2に対して０．０１〜２００ｐｐｍ、さらに特に１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍの割合のジボラン（Ｃ2Ｈ6）がチャンバーに導入される。このホウ素保有ガスは、例えばダイヤモンドの層が既に少なくとも１μｍ、特に約１〜５μｍの厚さを有するときに導入される。ダイヤモンドの共鳴による物理化学的合成後に、超伝導性を生じさせる電子−フォトン相互作用に対応する周波数で第２フォトンビームもチャンバー内に注入される。特に、第２フォトンビームは、第２ビームの第１及び第２フラグメントに分割され、ホウ素の存在に起因し、かつ超伝導性の出現につながるフォトン周波数に対応するフォトンビームの２つのフラグメントがプラズマ内に注入される。さらに特に、非ドープダイヤモンドの値に対して４ｍＶのオフセットを有する方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットの方向ＬＯ＿（Γ→Ｌ及びΓ→ξ）の第２フォトンビームの第１フラグメント、及び方向ξのフォトンビームの第２フラグメント。フォノンモードＬＯに関するさらに完全な詳細は、M Hoeschらによる表題「室温を求めながらダイヤモンド超電導性を生じさせるフォノンの発見−ダイヤモンド内の超伝導体（Discovery of phonons causing superconductivity in diamonds looking for room temperature - superconductors in diamonds）」の論文（JAEA R&D Review 2007, page 45）に示されている。
ダイヤモンドの蒸着に対応する種々のフォトンビームの力のあり得る減少は、Ｃ−Ｃに対してＢ−Ｃ型の結合のエネルギーの差に比例すると予測することができる。この減少は、ダイヤモンドンの成長が超伝導性の形成より優位に立てないようにし、ひいては炭素（Ｃ）のホウ素（Ｂ）による置換プロセスを促進し、或いは該プロセスに重みをかける。
【００２２】
本発明の方法の別の応用は、ｐ型半導体を生成するためにダイヤモンドをホウ素でドープすることから成る。半導体を得るための１つの条件は、原子密度がｎB＜１×１０20原子／ｃｍ3（＜６００ｐｐｍ）であることである。超伝導体の形成で用いたのと同様にホウ素保有ガスを使用するが、Ｈ2に対して０．０１〜１００ｐｐｍ、特に０．１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの量である。ダイヤモンドの共鳴による物理化学的合成後には、半導性を生じさせる電子−フォノン相互作用に対応する周波数の第３フォトンビームもチャンバー内に注入される。特に、第３フォトンビームは第３ビームの第１及び第２フラグメントに分割され、ホウ素の存在に起因し、かつ半導性の出現につながるフォノン周波数に対応するフォトンビームのフラグメントがプラズマ内に注入される。従って、半導性の原因であるホウ素の存在に起因するフォノンの周波数に対応する５つのフォトンビームがプラズマ内に注入される。第１フラグメントは、方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットの方向Ｌに注入される３つのビームから形成され、第２フラグメントは方向ξに注入される２つのビームを含む。超伝導体の生成と同様に、可能性のある力の減少を予測することができる。
【００２３】
本発明のさらに別の応用は、ｎ型半導体を生成するために窒素（Ｎ）でダイヤモンドをドープすることから成る。この半導体を得るための１つの条件は、原子の密度が２５〜２５００ｐｐｍであることである。例えばＮ2、ＣＨ3又はＣＨ3ＮＨ2等の窒素保有ガス、特にＮ2がＣＨ4に対して０．１〜１のＮ2の割合で用いられる。ダイヤモンドの共鳴による物理化学的合成後には、ｎ型半導性を生じさせる電子−フォノン相互作用に対応する周波数のフォトンもチャンバー内に導入される。特に、Ｃ型中心のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応するフォトンビーム、及び（又は）Ａ型集合体のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する３つのフォトンビーム、及び（又は）Ｂ型集合体のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する４つのフォトンビームが特に方向ベクトルのセットに従ってプラズマ内に注入される。ｐ型半導体の生成と全く同じように、可能性のある力の減少を予測することができる。
【００２４】
本発明の方法は、ｎ型半導体を生成するためにリンでダイヤモンドをドープできようにもする。リン保有ガス、例えばホスホラン（ＰＨ3）等が４*１０-2〜４*１０-5、特に２*１０-2〜１*１０-3のリン／炭素モル比で用いられる。ダイヤモンドの共鳴による物理化学的合成後にはｎ型半導体を生じさせる電子−フォノン相互作用に対応する周波数の４つのフォトンビームもチャンバー内に導入される。特に５２３ｍｅＶ及び５６２ｍｅＶに位置するフォトンビームであって、結晶格子内のリンの存在に起因し、かつ半導性の原因であるフォノン周波数に対応するフォトンビームが方向ベクトルのセットに従ってプラズマ内に注入される。可能性のある力の減少を予測することができる。
【００２５】
本発明の方法は、Ｓｉ−Ｇｅ（シリコンゲルマニウム）型半導体をドーピングによって形成できるようにもする。ＳｉのＧｅによるドーピングの例では、Ｓｉ上のＧｅのエピタキシー及びＣＶＤプロセスにおけるＳｉ1-xＧｅx型合金の形成が、Ｓｉ格子定数とＧｅ格子定数との差に起因する界面及び結晶内部の張力の出現につながることに留意すべきである。これらの張力は、結晶構造の欠陥の原因である。従って一般的にＳｉ上のＧｅのヘテロエピタキシーはＳｉ上のＧｅの島の出現から始まる。これらの島はピラミッドの形をしたピークであり、Ｇｅの集合体の形成の範囲までつながり得る。これは不均質な蒸着の形成という結果をもたらす。
現在Ｓｉ及びＧｅの蒸着物は、該変形の出現に起因する欠陥密度が０．３粒子／ｃｍ2未満であり、１０6／ｃｍ2未満の低い転位密度であれば高品質とみなされる。本発明の方法は、記述したように不完全度がより少なく、不完全度を排除さえし得るＳｉ−Ｇｅ蒸着物を形成できるようにする。この目的を達成するためにＳｉ−Ｇｅの蒸着方法は下記工程を含む：
（ａ）５００℃〜６００℃の温度、好ましくは５００℃の温度（Ｔ０）で、水素の存在下、純粋シリコン基板又はブランク基板上のシリコンの化学蒸着（ＣＶＤ）の工程。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に０．１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、さらに特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである。好ましくは３ｎｍ〜５ｎｍの層の厚さが得られるまで、シリコン前駆体ガスとしてＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4又はＳｉ（ＣＨ3）4、特にＳｉＨ4を利用する。これらの前駆体ガスの１種以上の混合物を想定することもできる。より高い蒸着速度及び基本法の品質より優れた品質の蒸着を得るためには、Ｓｉ−Ｓｉ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームが、基板の方へ向き、かつ方向ベクトルＬ、Ｘ、Σ、ξのセットに従ってチャンバー内に注入される。所望の厚さを得た後にＳｉＨ4の添加が停止され、水素の存在下でフォトンビームの温度が４００℃〜５５０℃、好ましくは４３０℃〜４６０℃に下げられる。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである。
（ｂ）水素の存在下、４００℃〜５００℃、好ましくは４３０℃〜４６０℃、さらに特に４５０℃の第１温度（Ｔ１）での基板温度の安定化工程。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである。
（ｃ）所定厚さのゲルマニウム層が得られるか、又はシリコン層上に所望の最終層厚が得られるまで、第１温度（Ｔ１と称する）で、純粋シリコン基板又は既にシリコンのＣＶＤ後に得られたシリコン基板上のゲルマニウムの化学蒸着（ＣＶＤ）の工程。ゲルマニウム前駆体ガスは好ましくはＧｅＨ4である。次にＧｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビーム及びＳｉ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームが、方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットに従って、基板の方に向きながらチャンバー内に注入される。後者のビームは、Ｇｅの第１原子層の形成中、すなわちＳｉ−Ｇｅ界面の形成中に作用するであろう。引き続きこの結合（Ｓｉ−Ｇｅ）に対応するフォトンビームの力は減少し、或いはゼロにまでさえ低減するが、Ｇｅ−Ｇｅ結合に対応するフォトンビームの力は維持される。これは、蒸着における欠陥数を減らせるようにし、すなわち、より高い蒸着速度で優れた品質の蒸着を得られるようにする。この工程は水素の存在下で行なわれる。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである。
【００２６】
及び任意工程：
（ｄ１）−温度（Ｔ２）未満の温度から５００℃〜６００℃、好ましくは５４０℃〜５６０℃、特に５５０℃の第３温度（Ｔ３）の範囲までの温度で、ゲルマニウムのＣＶＤ及びＧｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームを停止する工程。この工程は水素の存在下で行なわれる。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである。
（ｄ２）−所望の厚さを有するＳｉ1-xＧｅxの中間層が得られるまで、第３温度（Ｔ３）でのＳｉ1-xＧｅx合金（ｘ≦０．９）のＣＶＤ工程。ゲルマニウムの前駆体ガスは好ましくはＧｅＨ4である。シリコンの前駆体ガスはＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4及びＳｉ（ＣＨ3）4、特にＳｉＨ4である。次にＳｉ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビーム（ＩＲ）及び／又は２つのフォトンビーム（ＩＲ及びラマン）が、基板の方に向いて、方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットに従ってチャンバー内に注入される。この工程は水素の存在下で行なわれる。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである；
（ｄ３）第３温度（Ｔ３）でのＳｉ1-xＧｅx合金のＣＶＤが純粋ゲルマニウムＣＶＤに変わる遷移工程。次工程への変化を果たすためシリコン前駆体ガスの流れが停止される。Ｇｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームを注入するため、Ｓｉ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームも停止される。Ｓｉ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームからＧｅ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームへの変化は、好ましくは同期様式で、好ましくは力の同時減少−増加によって起こらなければならず、この工程は水素の存在下で行なわれる。チャンバー内の圧力は好ましくは好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである；
（ｄ４）−最上層としてゲルマニウムの蒸着及び中間層としてＳｉ1-xＧｅxを得るようにこの温度（Ｔ３）でゲルマニウムのＣＶＤが維持される工程。この工程中、Ｇｅ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームが維持される。この工程は水素の存在下で行なわれ、チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである；
（ｄ５）−ゲルマニウムＣＶＤ温度を第３温度（Ｔ３）から７５０℃〜８５０℃、好ましくは８００℃〜８５０℃の第４温度（Ｔ４）に上昇させる工程。この工程中、Ｇｅ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームが維持される。Ｔ４は、好ましくはＴ２に等しく、この工程は水素の存在下で行なわれ、チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである；
（ｅ）ゲルマニウムの化学蒸着（ＣＶＤ）の温度を第１温度（Ｔ１）から７５０〜８５０℃、好ましくは８００℃〜８５０℃に制限される第２温度に上昇させる工程。この工程は、Ｇｅ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームの非存在下で行なわれる。しかし、この工程は水素の存在下で行なわれる。チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである；
（ｆ）ゲルマニウム層の所望厚さまで第２温度（Ｔ２）でのゲルマニウムＣＶＤの継続。Ｇｅ-Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームが維持される。この工程は水素の存在下で行なわれ、チャンバー内の圧力は好ましくは０．０１ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、特に１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒである。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕材料、特にダイヤモンドを化学蒸着（ＣＶＤ）によって合成する方法であって、真空チャンバー内で、前記合成される材料を支えるために配置された基板の近傍にプラズマを作り出し、かつ炭素を保有する物質、特にＣＨ4又はＣ2Ｈ2、及びＨ2を前記チャンバーに導入し、前記材料の合成を遂行する不飽和分子又はラジカルの形態で反応性炭素原子を保有する物質を含むガスを前記チャンバー内で生成する方法であり、前記合成される材料の電磁吸収及び非弾性拡散スペクトルを用いて、前記合成される材料の形成につながる反応に寄与する吸収周波数を前記スペクトルから導き出すこと、及び前記吸収及び非弾性拡散周波数に対応する各周波数によって決まるエネルギー量を保有するフォトンビームの形態でエネルギー光線を生成し、前記フォトンビームは前記プラズマ内に注入され、そこで、固体材料のエネルギー状態に関して、これらのエネルギー状態に対応するエネルギーを有するこれらのフォトンの吸収が、前記反応性炭素原子を保有する物質によってなされることを特徴とする、前記方法。
〔２〕炭素キャリアガスを前記物質として導入する、前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕前記不飽和分子又はラジカルのエネルギー状態と前記材料のフォノンのエネルギー状態との間のカップリングを達成するためのエネルギー光線として赤外線を使用する、前記〔１〕又は〔２〕に記載の方法。
〔４〕エネルギー光線としてＸ線、ＵＶ線及び可視光線を使用する、前記〔１〕又は〔２〕に記載の方法。
〔５〕前記合成される材料が、２セットの方向ベクトルで表される１セットの面、例えば、ダイヤモンドの場合は八面体又は十二面体、を決める結晶格子を含み、第１ベクトルは前記材料の可能な面を決める高い原子密度を有する主網状平面の法線方向を示し、第２ベクトルは前記材料の結晶構造に従ってフォノンの伝播を可能にする波動ベクトルからなり、前記フォトンビームは前記２セットの方向ベクトルが示す方向に向けられ、注入される、前記〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の方法。
〔６〕ＵＶＣ光線のビームが前記プラズマ内に注入される、前記〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載の方法。
〔７〕前記真空チャンバー内に電場を作り出すことによって前記プラズマが生成され、前記電場は第１及び第２電位によって作り出され、前記第１電位は、前記基板に対して高さ方向の第１ゾーンオフセット内に作られ、前記第２電位は前記基板の直近にある第２ゾーン内に作られ、前記第１及び第２ゾーンは互いに隣接し、前記第１及び第２電位は前記基板の方を向いた傾斜を有し、前記第１電位の勾配は前記第２電位の勾配より大きい、前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の方法。
〔８〕前記基板の周辺に設置された発生器によって前記第２電位が作られる、前記〔７〕に記載の方法。
〔９〕前記基板の上方に設置されたグリル及びフィラメントによって前記第１電位が作られる、前記〔７〕又は〔８〕に記載の方法。
〔１０〕前記合成される材料の蒸着中、前記基板は所定温度で維持される、前記〔１〕〜〔９〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１１〕前記蒸着がホットフィラメントを用いて蒸気相内で行われる、前記〔１〕〜〔１０〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１２〕前記合成される材料の層が少なくとも１μｍの厚さを有する場合、前記チャンバー内にホウ素キャリアガスをＨ2に対して０．０１〜２００ｐｐｍの比率で注入することによって前記材料をドープし、かつ電子−フォノン相互作用に対応する周波数を有する第２フォトンビームを前記プラズマ内に注入して前記材料の超伝導性を生じさせる、前記〔１〕〜〔１１〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１３〕前記第２フォトンビームが、非ドープダイヤモンドの値に対して４ｍＶのオフセットを有する方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットの方向ＬＯ＿（Γ→Ｌ及びΓ→ξ）に注入される第１ビームフラグメントと、該セットの方向ξのフォトンビームの第２フラグメントとに分割される、前記〔１２〕に記載の方法。
〔１４〕前記合成される材料の層が少なくとも１μｍの厚さを有する場合、前記チャンバー内にホウ素キャリアガスをＨ2に対して０．０１〜１００ｐｐｍの比率で注入することによって前記材料をドープし、かつ電子−フォノン相互作用に対応する周波数を有する第３フォトンビームを前記プラズマ内に注入して前記材料の超伝導性を生じさせる、前記〔１〕〜〔１１〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１５〕前記第３フォトンビームが、方向ベクトルＬ、Ｗ、Σ、ξのセットの方向Ｌに注入される第１ビームフラグメントと、該セットの方向ξに注入される第２フラグメントとに分割される、前記〔１４〕に記載の方法。
〔１６〕前記合成される材料の層が少なくとも１μｍの厚さを有する場合、前記チャンバー内に窒素保有ガスをＣＨ4に対して０．１〜１の割合で注入することによって前記材料をドープし、かつｎ型半導性を生じさせる電子−フォノン相互作用に対応する周波数を有する第４フォトンビームを前記プラズマ内に注入する、前記〔１〕〜〔１１〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１７〕前記第４フォトンビームが、Ｃ型中心のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する方向ベクトルのセットに従って、及び／又はＡ型集合体のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する３つのフォトンビームに従って、及び／又はＢ型集合体のための窒素の存在に起因するフォノン周波数に対応する４つのフォトンビームに従って注入される、前記〔１６〕に記載の方法。
〔１８〕化学蒸着によるＳｉ−Ｇｅ型半導体の形成方法であって、前記蒸着がチャンバー内で行われること、及び
−水素の存在下、５００℃〜６００℃の温度で、基板上のシリコンの化学蒸着、及び０．０１〜１０００ｍｂａｒの間にある圧力でチャンバーが維持されること、かつ前記蒸着は、シリコンの蒸着層が少なくとも３ｎｍの厚さを有するまで、Ｓｉ−Ｓｉ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームを前記チャンバー内に注入することによって行われること；
−４００℃〜５５０℃の間にある第１温度での前記基板の温度の安定化；
−Ｓｉ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応する第１のフォトンビームと、Ｇｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応する第２の別のフォトンビームとを前記チャンバー内へ注入するとともに、層Ｇｅが所定厚さで得られるまで、４００℃〜５５０℃の温度でＳｉ層上のゲルマニウムを化学蒸着すること；
−水素の存在下、前記化学蒸着の温度の７５０℃〜８５０℃の間にある値への上昇；
−所定厚さの層が得られるまで、Ｇｅ−Ｇｅ結合に起因するフォノンの周波数に対応するフォトンビームの注入を維持すること、
を含むことを特徴とする方法。
〔１９〕前記フォトンビームが、シリコンの１セットの方向ベクトルに従って注入される、前記〔１８〕に記載の方法。
〔２０〕材料、特にダイヤモンドを化学蒸着（ＣＶＤ）によって合成する装置であって、前記合成される材料が、１セットの方向ベクトルであって各ベクトルは前記材料の所定面の法線方向を示すベクトルによって表される１セットの可能な面を備える結晶学を有し、該装置は、前記合成される固体材料を支えるために配置された基板と、真空チャンバーとを含み、前記真空チャンバーは該チャンバー内で前記基板の近傍にプラズマを生成するために配置されたプラズマ発生器を含み、前記チャンバーは、炭素を保有する物質、特に炭素保有ガス、特にＣＨ4又はＣ2Ｈ2、及びＨ2を該チャンバー内に導入するために配置された入口を含み、前記チャンバーは、前記炭素保有物質及びＨ2から、該チャンバー内で、前記材料の合成を遂行するラジカル又は不飽和な形態の分子を含むガスを生成するように配置されている装置であり、該装置は、前記チャンバーに取り付けられたフォトンビーム発生器を含み、前記フォトンビーム発生器が、前記合成される固体材料の電磁吸収及び非弾性拡散スペクトルから導き出される吸収周波数に対応する各周波数によって決まるエネルギー量を保有するフォトンビームの形態でエネルギー光線、特に赤外線、及び／又はＸ線、ＵＶ線及び可視光線を生成するように配置され、かつ前記合成される固体材料の形成につながる反応を生じさせ、前記フォトンビーム発生器は、前記生成されたビームを、前記固体材料の所定の方向ベクトルと、前記フォトンビームに含まれるエネルギーを決める、ブリルアン帯中心におけるモードを含むフォトンモードのエネルギーと関連するブリルアン帯の波動ベクトルとの両方に対応する角度で前記チャンバー内に注入できるように、前記チャンバーに取り付けられ、前記フォトンビーム発生器は、前記プラズマ内へ前記フォトンビームを注入できるように前記チャンバーに取り付けられ、かつ前記固体材料のエネルギー状態に関して、反応性炭素原子を保有する物質によって引き起こされる、これらのフォトンの吸収がこれらのフォニック状態に対応するエネルギーを有することを特徴とする、前記装置。
〔２１〕ＵＶＣ光線のビームを生成するために配置された別の発生器を含み、前記別の発生器は前記プラズマ発生器によって生じたプラズマ内にＵＶＣ光線を注入できるように前記チャンバーに取り付けられている、前記〔１９〕又は〔２０〕に記載の装置。
〔２２〕前記基板の周辺に取り付けられた、前記プラズマを集束させるためのシステムを含む、前記〔２０〕又は〔２１〕に記載の装置。
〔２３〕前記プラズマ集束システムが、リングによって形成されている、前記〔２２〕に記載の装置。
〔２４〕前記プラズマ集束システムが、前記基板の周りの一連のブロック波の形態で配置されたワイヤによって形成されている、前記〔２２〕に記載の装置。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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