(57)【要約】  ダイヤモンド膜の成長の核を形成するための新規な方法を提供する。該方法は、基体にダイヤモンドイドが化学的に付着された該基体であって、優れた核形成部位として働き、次いで、ダイヤモンド膜の成長を促進する該基体を提供する工程を含む。
2009530227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド膜の成長の核形成を行う方法において、
基体上に該膜の核形成が行われる該基体を提供することを含み、該基体に少なくとも１種類のダイヤモンドイドを化学的に付着させる、上記方法。
【請求項２】
前記ダイヤモンドイドは、低次ダイヤモンドイドである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記低次ダイヤモンドイドは、アダマンタン、ジアマンタンおよびトリアマンタンから成る群から選ばれる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ダイヤモンドイドは、高次ダイヤモンドイドである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記高次ダイヤモンドイドは、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン、オクタマンタン、ノナマンタン、デカマンタン及びウンデカマンタンから成る群から選ばれる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ダイヤモンドイドは、窒素又はホウ素で誘導体化する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ダイヤモンド膜の成長の核形成を行う方法において、
ａ）閉ざされた処理空間を有する反応器を提供する工程と、
ｂ）前記処理空間の内部に基体を配置し、該基体にダイヤモンドイドを化学的に付着させる工程と、
ｃ）前記処理空間の中にプロセスガスを導入する工程と、
ｄ）エネルギーをエネルギー源から該処理空間の中にカップリングする工程と、
を含む、上記方法。
【請求項８】
前記処理空間の中に少なくとも１種類の高次ダイヤモンドイドを注入することを更に含み、該少なくとも１種類の高次ダイヤモンドイドは、前記基体上で前記ダイヤモンド膜の成長の核形成を行う、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記処理空間の中に少なくとも高次ダイヤモンドイドを注入することを更に含み、該少なくとも１種類の高次ダイヤモンドイドは、窒素又はホウ素で誘導体化する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記処理空間の中に少なくとも１種類の低次ダイヤモンドイドを注入することを更に含み、該少なくとも１種類の低次ダイヤモンドイドは、前記基体上で前記ダイヤモンド膜の成長の核形成を行う、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応器は、化学蒸着（ＣＶＤ）法が行われるように構成されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記化学蒸着法は、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記の少なくとも１種類の高次ダイヤモンドイドは、置換高次ダイヤモンドイドである、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記核形成は、前記基体の性質から独立している、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記基体は、炭化物形成性基体である、請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記基体は、Ｓｉ及びＭｏから成る群から選ぶ、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記基体は、非炭化物形成性基体である、請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記基体は、Ｎｉ及びＰｔから成る群から選ぶ、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記プロセスガスは、メタン及び水素を含有する、請求項７に記載の方法。
【請求項２０】
前記プロセスガスは、不活性ガスを更に含有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記不活性ガスはアルゴンである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記エネルギー源は、前記処理空間の中にカップリングされた電力がプラズマを発生させるように、誘導コイルを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項２３】
前記処理空間内部の水素を単原子水素に転化する工程を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記注入工程は、前記の少なくとも１種類の高次ダイヤモンドイドが昇華してガス相になるように加熱することによって、該高次ダイヤモンドイドを揮発させることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項２５】
前記注入工程は、前記処理室の中に導入されるキャリヤーガスの中に、前記の昇華した高次ダイヤモンドイドを同伴させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャリヤーガスは、水素、窒素、不活性ガス及び炭素前駆体ガスから成る群から選ばれる少なくとも１種類のガスである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記不活性ガスは希ガスであり、前記炭素前駆体ガスは、メタン、エタン及びエチレンから成る群から選ばれる少なくとも１種類のガスである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記の核形成密度は、少なくとも１０１３ｃｍ−２である、請求項７に記載の方法。
【請求項２９】
前記の少なくとも１種類の高次ダイヤモンドイドの注入は、前記ダイヤモンド膜の成長速度を少なくとも２倍から３倍増大させる、請求項８に記載の方法。
【請求項３０】
前記の少なくとも１種類の低次ダイヤモンドイドの注入は、前記ダイヤモンド膜の成長速度を少なくとも２倍から３倍増大させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項３１】
特定の高次ダイヤモンドイドを選んで、所望の結晶配向を有するダイヤモンド膜の成長を促進させる工程を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項３２】
前記ダイヤモンド膜の成長の少なくとも一部の間、前記基体を回転させる、請求項７に記載の方法。
【請求項３３】
核形成が行われる前に基体にダイヤモンドイドを化学的に付着させた該基体の上に核形成が行われているダイヤモンド膜。
【請求項３４】
前記ダイヤモンドイドは、窒素又はホウ素で誘導体化されている、請求項３３に記載のダイヤモンド膜。
【請求項３５】
前記ダイヤモンドイドは、高次ダイヤモンドイドである、請求項３３に記載のダイヤモンド膜。
【請求項３６】
前記ダイヤモンドイドは、低次ダイヤモンドイドである、請求項３３に記載のダイヤモンド膜。
【請求項３７】
ａ）閉ざされた処理空間を有する反応器を提供する工程と、
ｂ）前記処理空間の内部に基体を配置し、該基体にダイヤモンドイドを化学的に付着させる工程と、
ｃ）前記処理空間の中にプロセスガスを導入する工程と、
ｄ）エネルギーをエネルギー源から前記処理空間の中にカップリングする工程と、
を含む諸工程によって核形成が行われた、ダイヤモンド膜。
【請求項３８】
前記ダイヤモンド膜は、超ナノ結晶質膜である、請求項３７に記載のダイヤモンド膜。
【請求項３９】
前記超ナノ結晶質膜は、３〜５ｎｍの微結晶サイズを有する微細構造を有する、請求項３８に記載のダイヤモンド膜。
【請求項４０】
前記ダイヤモンドイドは、窒素又はホウ素で誘導体化されている、請求項３７に記載のダイヤモンド膜。
【請求項４１】
前記ダイヤモンドイドは、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン、オクタマンタン、ノナマンタン、デカマンタン及びウンデカマンタンから成る群から選ばれている、請求項３７に記載のダイヤモンド膜。
【請求項４２】
前記高次ダイヤモンドイドは、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン、オクタマンタン、ノナマンタン、デカマンタン及びウンデカマンタンから成る群から選ばれている、請求項３７に記載のダイヤモンド膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド膜の成長の核形成を行う改善された方法を開示する。本発明はまた、そのようなダイヤモンド膜の新たな用途にも関する。
【背景技術】
【０００２】
〔発明の背景〕
ダイヤモンドは、様々な形状及び寸法で入手することができる。ダイヤモンドは、橋かけ環状シクロアルカンである。低次ダイヤモンドイド（ｌｏｗｅｒ  ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄｓ）である、アダマンタン（ａｄａｍａｎｔａｎｅ）、ジアマンタン（ｄｉａｍａｎｔａｎｅ）およびトリアマンタン（ｔｒｉａｍａｎｔａｎｅ）はそれぞれ、１個、２個及び３個のダイヤモンド結晶籠（ｄｉａｍｏｎｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｃａｇｅｓ）で構成される。最近見出だされた、テトラマンタンからウンデカマンタンまでの高次ダイヤモンドイド（ｈｉｇｈｅｒ  ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄｓ）は、４個から１１個までのダイヤモンド結晶籠で構成される。そのような高次ダイヤモンドイドは、米国特許第６，８１５，５６９号、同第６，８４３，８５１号、同第６，８１２，３７０号、同第６，８２８，４６９号、同第６，８３１，２０２号、同第６，８１２，３７１号、同第６，８４４，４７７号及び同第６，７４３，２９０号明細書に記載されている。これらの米国特許明細書は、言及されることによって、そっくりそのまま本明細書に組み入れられる。
【０００３】
化学蒸着（ＣＶＤ）法を用いてダイヤモンド膜を合成しようとする試みは、１９８０年代前に遡る。これらの努力の成果によって、自然状態では大部分が非晶質の新たな形態の炭素であって、高度のＳＰ３混成の結合を更に含有し、従って、多くのダイヤモンド特性を呈する上記炭素が出現した。そのような膜を記述するために、用語「ダイヤモンド様炭素（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ）」（ＤＬＣ）が作り出された。とは言え、この用語は、文献において明確な定義が成されていない。プロウアー（Ｐｒａｗｅｒ）の「ザ・ワンダフル・ワールド・オブ・カーボン（Ｔｈｅ  Ｗｏｎｄｅｒｆｕｌ  Ｗｏｒｌｄ  ｏｆ  Ｃａｒｂｏｎ）」には、大抵のダイヤモンド様材料は複数の結合様式の混成を示すので、４配位（又はｓｐ３混成）である炭素原子の割合は、該材料の「ダイヤモンド様」含有率の尺度であるということが教示されている。成功した、ＣＶＤによるダイヤモンド膜の生成は、米国特許第６，７８３，５８９号明細書に記載されている。この米国特許明細書は、言及されることによって、そっくりそのまま本明細書に組み入れられる。ダイヤモンド膜の成長について検討している他の刊行物には、スピツイン（Ｓｐｉｔｓｙｎ）Ｂ．Ｖ．「気相からのダイヤモンドの核形成、及びナノ構造ダイヤモンド膜の合成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｆｒｏｍ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ａｎｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｆｉｌｍｓ）」，ＮＡＴＯ科学シリーズＩＩ：数学、物理学及び化学１５５［ナノ構造薄膜及びナノ分散強化コーティング（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ）］，第１２３頁〜１３６頁（２００４）；ソガ（Ｓｏｇａ），Ｔ．、シャルダ（Ｓｈａｒｄａ），Ｔ．、ジンボ（Ｊｉｍｂｏ），Ｔ．「ＣＶＤによりナノ結晶ダイヤモンドを成長させるための前駆体（Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ＣＶＤ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ）」，固体物理学（Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ）［Ｆｉｚｉｋａ  Ｔｖｅｒｄｏｇｏ  Ｔｅｌａの翻訳（サンクトペテルブルグ（Ｓａｎｋｔ−Ｐｅｔｅｒｂｕｒｇ））］，４６（４），第７２０頁〜７２５頁（２００４）；イェーガー（Ｊａｇｅｒ），Ｗ．、チアン（Ｊｉａｎｇ），Ｘ．「ダイヤモンドヘテロエピタキシー−核形成、界面構造、膜成長（Ｄｉａｍｏｎｄ  ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｙ−ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｉｌｍ  ｇｒｏｗｔｈ）」，Ａｃｔａ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａ  Ｓｉｎｉｃａ（英文レター），１４（６），第４２５頁〜４３４頁（２００４）；チアン，Ｘ．「ＣＶＤによるテクスチャード・ヘテロエピタキシャル・ダイヤモンド膜（Ｔｅｘｔｕｒｅｄ  ａｎｄ  ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＣＶＤ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｆｉｌｍｓ）」，半導体と半金属（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ  ７６）［薄膜ダイヤモンドＩ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｉ）］，第１頁〜４７頁（２００３）；イイジマ（Ｉ���ｊｉｍａ），Ｓ．、アイカワ（Ａｉｋａｗａ），Ｙ．、ババ（Ｂａｂａ），Ｋ．「化学蒸着によるダイヤモンド粒子の成長（Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，６，第１４９１頁〜１４９７頁（１９９１）；フィリップ（Ｐｈｉｌｉｐ）Ｊ．，ヘス（Ｈｅｓｓ），Ｐ．，ファイゲルソン（Ｆｅｙｇｅｌｓｏｎ），Ｔ．，バトラー（Ｂｕｔｌｅｒ），Ｊ．Ｅ．，チョトパッダーエ（Ｃｈａｔｔｏｐａｄｈｙａｙ），Ｓ．，チェン（Ｃｈｅｎ），Ｋ．Ｈ．，チェン（Ｃｈｅｎ），Ｌ．Ｃ．「ナノ結晶質ダイヤモンド膜の弾性特性、機械特性及び熱特性（Ｅｌａｓｔｉｃ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ａｎｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｆｉｌｍｓ）」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ，第９３巻，第３号（２００３）が包含される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超小型電子技術（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：マイクロエレクトロニクス）及び他の諸用途におけるダイヤモンド様材料の可能性（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は限定されていない。ＣＶＤによってダイヤモンドを生成する優れた方法は、存在するには存在するが、更なる改善が常に必要とされている。以前の核形成方法は、それらの方法が多結晶質ダイヤモンド膜しか作り出すことができないという点で制限されている。ダイヤモンド微結晶が、それらの内部格子の骨格に関して様々な配向性を示し、且つ、非ダイヤモンドの結晶粒界によって分離されているという点で、多結晶質膜は、使用が限定されており、とりわけエレクトロニクス用途に対してはそうである。更に、以前の諸方法は、制限された核形成密度であって、大きな微結晶が形成されることに起因して、制限された表面被覆率及び粗面を生成することのできる上記核形成密度を示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔発明の概要〕
ＣＶＤによる堆積を行う前に所望の基体にダイヤモンドイドを化学的に付着させることによって、ＣＶＤによりダイヤモンドを創生するプロセスを著しく改善する可能性だけでなく、ＣＶＤによるダイヤモンド構造体に対する新たな用途を与える可能性が提供される。ダイヤモンドイドが比類なく寄与し得る多種多様な方法が存在する。
堆積工程の前、基体にダイヤモンドイドを化学的に付着させる多くの利点が存在することが見出だされた。これらの利点には、（１）播種密度が最大化されて、より小さい微結晶サイズが生じ、表面粗さが減少すること、（２）層間剥離の問題が軽減され、これに付随して熱伝達特性が改善されること、（３）基体表面は全く擦傷されないこと、（４）ＣＶＤ成長をパターン化し得ること、（５）特定のダイヤモンド結晶面のＣＶＤ成長を高めてホモエピタキシャル成長を可能にし、ダイヤモンド膜の特性を大きく改善し、新たなエレクトロニクス用途を可能にすること、（６）核を形成する種結晶の精確な寸法を選定し得ること、（７）ドープダイヤモンド（ｄｏｐｅｄ  ｄｉａｍｏｎｄ）を成長させ得ること、（８）非導電性基体に被覆し得ること、及び、（９）放射線を使用し得ること、が含まれる。上述の諸利点は全て、本発明の実施に際して実現される。本発明は、ダイヤモンド膜の成長の核を形成する新規な方法であって、基体上にダイヤモンド膜を成長させる該基体に、核形成の前、ダイヤモンドイドを化学的に付着させる、上記方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
〔好ましい具体例の詳細な記述〕
ダイヤモンドイドの定義
用語「ダイヤモンドイド（ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄｓ）」とは、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン、オクタマンタン、ノナマンタン、デカマンタン、ウンデカマンタン、その他同種類のもの、並びに、それらのあらゆる異性体及び立体異性体を包含するアダマンタン系の、置換又は非置換のケージド化合物をいう。それらの化合物は、「ダイヤモンドイド」の位相（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を有する。ダイヤモンドイドの位相とは、該化合物の炭素原子の配列を面心立方ダイヤモンド格子のフラグメント（ｆｒａｇｍｅｎｔ）の上に重ね合わせ得ることを意味する。置換ダイヤモンドイドは、１〜１０個の、好ましくは１〜４個の独立して選定されたアルキル置換基を有する。ダイヤモンドイドには、「低次ダイヤモンドイド（ｌｏｗｅｒ  ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄｓ）」及び「高次ダイヤモンドイド（ｈｉｇｈｅｒ  ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄｓ）」（これらの用語は、本明細書に定義されている）だけでなく、低次ダイヤモンドイド及び高次ダイヤモンドイドのあらゆる組合せの混合物も包含される。
【０００７】
用語「低次ダイヤモンドイド」とは、アダマンタン、ジアマンタン及びトリアマンタン、並びに、アダマンタン、ジアマンタン及びトリアマンタンの、ありとあらゆる非置換誘導体及び置換誘導体をいう。これらの低次ダイヤモンドイド成分は、異性体もキラリティー（ｃｈｉｒａｌｉｔｙ）も示さず、しかも、容易に合成され、低次ダイヤモンドイド成分は「高次ダイヤモンドイド」と区別される。
用語「高次ダイヤモンドイド」とは、ありとあらゆる置換テトラマンタン成分及び非置換テトラマンタン成分、ありとあらゆる置換ペンタマンタン成分及び非置換ペンタマンタン成分、ありとあらゆる置換ヘキサマンタン成分及び非置換ヘキサマンタン成分、ありとあらゆる置換ヘプタマンタン成分及び非置換ヘプタマンタン成分、ありとあらゆる置換オクタマンタン成分及び非置換オクタマンタン成分、ありとあらゆる置換ノナマンタン成分及び非置換ノナマンタン成分、ありとあらゆる置換デカマンタン成分及び非置換デカマンタン成分、ありとあらゆる置換ウンデカマンタン成分及び非置換ウンデカマンタン成分だけでなく、上記のものの混合物と、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン、オクタマンタン、ノナマンタン、デカマンタン及びウンデカマンタンの異性体並びに立体異性体をもいう。
【０００８】
石油原料からのダイヤモンドイドの分離
回収可能な量の高次ダイヤモンドイドを含有する供給原料には、例えば、クラッキング、蒸留、石炭乾留法等によって生じる精製ストリーム（ｒｅｆｉｎｅｒｙ  ｓｔｒｅａｍｓ）、及び、天然ガスコンデンセート（ｎａｔｕｒａｌ  ｇａｓ  ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅｓ）が包含される。とりわけ好ましい供給原料は、メキシコ湾のノーフレット・フォーメーション（ｔｈｅ  Ｎｏｒｐｈｌｅｔ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、及び、カナダ国のルデュック・フォーメーション（ｔｈｅ  ＬｅＤｕｃ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が原産である。
これらの供給原料は、大部分の（しばしば、約３分の２もの）低次ダイヤモンドイドと、より少ない量ではあるがかなりの量の（しばしば、約０．３〜０．５重量％もの）高次ダイヤモンドイドとを含有する。そのような供給原料を処理して、非ダイヤモンドイドを除去し、（所望により）高次ダイヤモンドイドと低次ダイヤモンドイドとを分離する工程は、ほんの一例として、サイズ分離技術（例えば、膜、分子篩、等）、常圧下又は減圧下での蒸発分離装置及び熱分離装置、抽出装置、静電分離装置、結晶化、クロマトグラフィー、ウェルヘッド分離装置（ｗｅｌｌ  ｈｅａｄ  ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）、等を用いて実施することができる。
【０００９】
好ましい分離方法は典型的には、供給原料の蒸留を包含する。これによって、低沸点の非ダイヤモンドイド成分を除去することができる。また、供給原料の蒸留によって、分離を行うために選定された高次ダイヤモンドイドの沸点より低い沸点を有する低次ダイヤモンドイド及び高次ダイヤモンドイドの除去又は分離を行うことができる。いずれにせよ、より低い留分は、低次ダイヤモンドイド、及び低沸点の非ダイヤモンドイド物質に富む。関心ある温度範囲の幾種類かの留分を与えるために蒸留を操作して、確認されている高次ダイヤモンドイドの初回分離を提供する。高次ダイヤモンドイド又は関心あるダイヤモンドイドに富んでいる、それらの留分は、留保されて、更なる精製を必要とする場合がある。濃縮ダイヤモンドイド留分の不純物を除去し、該留分を更に精製するための他の方法には更に、次の非限定的諸例：サイズ分離技術、常圧下又は減圧下での蒸発、昇華、結晶化、クロマトグラフィー、ウェルヘッド分離装置、フラッシュ蒸留、固定床反応器、流動床反応器、減圧、等、が包含される。
【００１０】
非ダイヤモンドイドを除去する工程には、蒸留工程の前、又は蒸留工程の後、熱分解を行う工程が更に含まれることもある。熱分解は、供給原料から炭化水素質の非ダイヤモンドイド成分を除去するための有効な方法である。熱分解は、真空条件の下、又は不活性雰囲気中で、供給原料を少なくとも約３９０℃の温度に、最も好ましくは約４１０〜４５０℃の範囲の温度に加熱することによって行う。熱分解は、熱分解の前に供給材料中に存在していた非ダイヤモンドイド成分の少なくとも約１０重量％を熱分解するのに十分な長さの時間の間、且つ、十分な高さの温度で続ける。更に好ましくは非ダイヤモンドイドの少なくとも約５０重量％を、更にいっそう好ましくは少なくとも約９０重量％を熱分解する。
熱分解は、１つの具体例では好ましいが、それは、ダイヤモンドイドの回収、分離又は精製を促進するのに必ずしも必要という訳ではない。他の分離方法は、直接的な精製方法（例えば、分取ガスクロマトグラフィー及び高速液体クロマトグラフィーを包含するクロマトグラフィー、結晶化法、分別昇華法）を用いて複数種類のダイヤモンドイドを分離することができるような具合に、ダイヤモンドイドの濃縮を可能にし、十分に高い一定の幾種類かの供給原料となるようにすることができる。
【００１１】
本発明で使用される諸組成物で用いるための選定されたダイヤモンドイドを提供するためには、蒸留、又は、熱分解／蒸留を行った後も、材料の更なる精製が望ましいことがある。そのような精製法には、クロマトグラフィー、結晶化、熱拡散法、帯域精製法、連続的再結晶化（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）、サイズ分離、等が包含される。例えば、１つのプロセスにおいて、回収された供給原料は、後続の追加処置、即ち、１）硝酸銀を含浸させたシリカゲルを用いた重力カラムクロマトグラフィー（ｇｒａｖｉｔｙ  ｃｏｌｕｍｎ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、２）ダイヤモンドイドを分離するための２カラム分取キャピラリーガスクロマトグラフィー（ｔｗｏ−ｃｏｌｕｍｎ  ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅ  ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｇａｓ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）、３）結晶化、にかける。
代わりのプロセスは、高速液体クロマトグラフィーを包含する単カラム又は複数カラムの液体クロマトグラフィー用いて、関心あるダイヤモンドイドを分離することである。上述のように、異なる選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｉｅｓ）を有する複数カラムを使用することができる。これらの方法を用いた更なる処理によって、実質的に純粋な成分を生じることのできる更なる精製分離が可能となる。
【００１２】
供給原料を処理して高次ダイヤモンドイド組成物を得るための詳細な方法は、特許出願日２００１年１月１９日の米国仮特許出願第６０／２６２，８４２号、特許出願日２００１年６月２１日の米国仮特許出願第６０／３００，１４８号、及び特許出願日２００１年７月２０日の米国仮特許出願第６０／３０７，０６３号明細書に開示されている。これらの明細書は、言及されることによって、そっくりそのまま本明細書に組み入れられる。
ダイヤモンドイドは、ＣＶＤによってダイヤモンドを堆積させるための種結晶（ｓｅｅｄｓ）としてしばしば使用される、より大きいダイヤモンド粒子と違って、連結基（ｌｉｎｋｅｒｓ）として作用してダイヤモンドイドを表面に化学的に結合させることのできる化学基を用いて容易に誘導体化することができる。一例は、ダイヤモンドイド−チオール誘導体を金属表面（例えば、金）に付着させることである。もう１つの例は、酸素結合を経て、ダイヤモンドイドをシリコン表面に付着させることである。ダイヤモンドイドをシリコンウェーハに付着させる方法は、シリル化結合反応（ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ  ｌｉｎｋｉｎｇ  ｒｅａｃｔｉｏｎｓ）である。シリル化反応は、シリカ及びガラスの表面に炭化水素部分を付着させるのに長く使用されてきた。トリメチルシリルエーテルは、ガラス及びシリカを誘導体化して非湿潤性表面を形成するための確立された作用物質である。アルキルシリルエーテルは、改善された熱安定性を有する誘導体を形成して、例えば、デニー（Ｄｅｎｎｅｙ），Ｒ．Ｃ．「クロマトグラフィーのためのシリル化剤（Ｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ  Ｒｅａｇｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）」，Ｓｐｅｃ．Ｃｈｅｍ．，６（１９８３）によって解説されている通り、高温質量スペクトル解析の助けとなるように、広く使用されている。そのような層は、ＣＶＤ操作温度では熱的に安定である。１つの付着方法は、酸化されたシリコン表面でシロキシル部分と反応し得るダイヤモンドイド含有シリル化剤を形成する工程を含むであろう。そのような方法は、例えば、シリル化試薬であって、トリアルキルハロシラン又は他のトリアルキルシリル化試薬の上に、アルキル基の１つとして特定のダイヤモンドイド又はアルキルダイヤモンドイド（ａｌｋｙｌ  ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄｓ）を含有する該シリル化試薬を使用することができるであろう。シリル化反応は、確立された塩基触媒法を含むであろう。化学的連結基（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｌｉｎｋｉｎｇ  ｇｒｏｕｐｓ）による他の適切な化学結合方法も使用することができる。
【００１３】
複数のダイヤモンドイドは、一緒に連結させて、二量体、三量体、等を形成し、次いで、化学的連結基によって、二量体、三量体、等を基体に付着させることができる。また、ダイヤモンドイドを、先ず、１つの種類の連結基によって基体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ：基板）に付着させ、次いで、もう１つの種類の連結基によって所望の配向で一緒に結合させて、例えば、ホモエピタキシー（ｈｏｍｏｅｐｉｔａｘｙ）を可能にすることができる。
ＣＶＤによって成長したダイヤモンドの品質は播種密度の関数であるので、可能な限り小さいダイヤモンド単位であるダイヤモンドイドは、可能な限り高い播種密度と最良の品質の膜とを保証する。ＣＶＤ用の小さい種結晶は、効果的な核形成と、より均質なＣＶＤダイヤモンド膜であって、優れた機械特性、電子特性（例えば、電界放出）、光学特性及び熱伝導性を有する該ダイヤモンド膜とを助長する。
【００１４】
現在、ＣＶＤにおける核形成は、ＣＶＤプロセスの前に表面（例えば、研磨済みシリコン表面）を微細ダイヤモンド粒子で擦傷するか、又は引っ掻くことによって達成されている。イイジマ，Ｓ．、アイカワ，Ｙ．、ババ，Ｋ．は、「化学蒸着によるダイヤモンド粒子の成長」，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，６，第１４９１頁〜１４９７頁（１９９１）において、この擦傷技術によって、非常に小さいダイヤモンドの断片（寸法は数十ｎｍ）がシリコン表面の中に埋め込まれることを示した。これらの種結晶は、ホモエピタキシーを不可能にする様々な配向を有している。これらのダイヤモンド断片は、ＣＶＤ成長のための種結晶として働く。イイジマ等（１９９１）は、この擦傷技術で達成し得る可能な限り大きい核形成密度は、１０１０〜１０１１個／ｃｍ２であることを確認した。ダイヤモンドイドは、１〜２ｎｍの範囲の寸法を有する、可能な限り小さいダイヤモンド粒子である。ダイヤモンドイドの寸法が小さいことによって、核形成密度を１０１３〜１０１４個／ｃｍ２に増大させることが可能となる。このことは、以前の技術で成し得る核形成密度に比べて大きな改善である。ダイヤモンドイドは、ＣＶＤプロセスの前、物理的に又は化学的に（ダイヤモンドイド誘導体として）表面上に堆積させることができる。図１は、ダイヤモンドイド（テトラマンタン）種結晶を用いて形成されたＣＶＤダイヤモンド結晶膜を示す（ＣＶＤ条件：６％  ５０トン，５ＫＷ，３３３Ｈ２，ＳＣＣＭ／２２  Ｃｌ−Ｉ４，７００℃，８時間）。
【００１５】
ＣＶＤ層の基体から該ＣＶＤ層が剥離することは、解決が困難であり、且つ、ＣＶＤダイヤモンドの潜在的用途に対する妨げとなる。ダイヤモンドイドを単層として基体に化学的に付着させることによって、天文学的数字（約１０１３〜１０１４／ｃｍ２）のアンカーポイント（ａｎｃｈｏｒ  ｐｏｉｎｔｓ）が提供され、このようにして、その剥離の問題が軽減されるか、又は解消されるであろう。このことによって、界面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を横切る熱伝導も改善される。
ダイヤモンドイドは、表面を物理的に損傷する擦傷処理（引っ掻き処理又は超音波処理）を用いるダイヤモンド粒子種結晶のように、表面の中に物理的に埋め込む必要はない。従って、ＣＶＤ工程の前、ダイヤモンド種結晶を表面に化学的に付着させることによって、表面の擦傷工程を排除することができる。表面の損傷を回避するか又は最小限に抑えることは、超小型電子技術；及び、微小電気機械装置（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）（ＭＥＭＳ）の製造；のような用途では、とりわけ重要である。
【００１６】
ダイヤモンドイドは、様々なパターンで表面に化学的に付着させることができる。例えば、電子回路は、ナノリソグラフィー（ｎａｎｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）用ダイヤモンドイドチオール（ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄ−ｔｈｉｏｌｓ）を用いて、金属表面の上に描画することができるであろう。これらのパターンは、現状維持のままで使用することができるか、又は、パターン化された、ダイヤモンドのＣＶＤ成長のための種結晶として使用することができる。加えて、ＣＶＤによるパターン化堆積は、表面（例えば、研磨されたシリコンの表面）上の特定のパターンのみが暴露されるように、該表面をマスキングすることによって成し遂げることができる。例えば、ダイヤモンドイド含有シリル化剤は、暴露されたシリコン表面の上でシロキシル部分と反応させ、このようにして、緻密な所定のパターンのＣＶＤダイヤモンド種結晶を形成することができる。ひとたびシリル−エーテル結合によるダイヤモンドイドの結合が完成されれば、マスクを除去し、次いで、高温ＣＶＤプロセスによってダイヤモンドを堆積させる。所定パターンでのＣＶＤダイヤモンド堆積によって、広範囲にわたる新たな超小型電子技術用途（例えば、高熱伝導性を有する極薄絶縁層の製造）、及び、ダイヤモンドで構成されるＭＥＭＳ（微小電気機械装置）部品の製造のような用途、が可能となる。ダイヤモンドは、強度、耐磨耗性が大きく、且つ、摩擦係数が小さいため、ＭＥＭＳ構造体を得るのに非常に望ましい材料である。
【００１７】
ダイヤモンドイドは、諸パターンを形成することに加えて、特定のダイヤモンド面のＣＶＤダイヤモンド成長を誘起するために、基体に付着させることができる。例えば、（１１１）面に沿った成長を誘起するために、ダイヤモンドイドを基体に固着し（ａｎｃｈｏｒｅｄ）、非常に平坦なダイヤモンド表面を作り出すことができる。現行の播種方法（例えば、ロシア製ナノダイヤモンド）を使用すれば、種結晶の結晶面は、ランダムに配向する。これらのランダム配向は、ＣＶＤによる多結晶膜の形成を引き起こす。ホモエピタキシーは、ダイヤモンドの配向結晶面を用いて核形成を行う場合にのみ可能である。ＣＶＤによるダイヤモンドの核形成を行うために使用されるダイヤモンド結晶面の配向を制御することは、ダイヤモンドイド誘導体を用いることによって可能となる。ダイヤモンドの配向を十分に制御して最良のホモエピタキシャル膜を作るために、表面に付着させたダイヤモンドイドを互いに連結して、所望の結果を確実にすることができる。
ＣＶＤが行われる前の、表面に対するダイヤモンドイドの化学結合（図２及び図３）によって、種結晶のダイヤモンド結晶面の所定の配向が可能となる。図４Ａは、シリコン表面上のシロキシル基に結合された［１（２，３）４］ペンタマンタンを示す。［１（２，３）４］ペンタマンタンは、アルキル・シリル・エーテル結合によってブリッジヘッドの第三級炭素（ｂｒｉｄｇｅ−ｈｅａｄ  ｔｅｒｔｉａｒｙ  ｃａｒｂｏｎ）を経由し、表面のシロキシル基に結合される。このようなやり方で［１（２，３）４］ペンタマンタンが表面に結合されることによって、ＣＶＤによる核形成／ダイヤモンドの堆積を行うための、［１（２，３）４］ペンタマンタンのダイヤモンド（１１１）面の平面が暴露される。
【００１８】
ＣＶＤによって核を形成するための｛１００｝ダイヤモンド面と｛１１０｝ダイヤモンド面との相対的有効性（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ）は、他のダイヤモンドイド構造体を用いても利用することができるであろう。図４Ｂは、アルキル・シリル・エーテル結合によってブリッジヘッドの第三級炭素を経由し、シリコン表面上のシロキシル基に結合された［１２（３）４］ペンタマンタン部分を示す。このようなやり方で［１２（３）４］ペンタマンタンが表面に結合されることによって、［１２（３）４］ペンタマンタンの（１００）面がＣＶＤ用反応物に暴露される。同様に、図４Ｃは、アルキル・シリル・エーテル結合によってブリッジヘッドの第三級炭素を経由し、シリコン表面上のシロキシル基に結合された［１２３］テトラマンタン部分を示す。このようなやり方で［１２３］テトラマンタンが表面に結合されることによって、［１２３］テトラマンタンの（１１０）面が暴露される。図４Ｃに示される［１２３］テトラマンタンは、ＣＶＤによるダイヤモンド形成の核形成において、種結晶のキラリティー（ｃｈｉｒａｌｉｔｙ）を利用する極めてまれな機会を提供している。該［１２３］テトラマンタンは、基本らせん構造を有する分解性キラル分子である（図４Ｃは、右巻き基本らせん構造と左巻き基本らせん構造との両方を示している）。
【００１９】
図２は、ＣＶＤによるダイヤモンドの核形成／製造を行うための配向された種結晶として働く表面に結合されたダイヤモンドイド分子１を示す。２は、表面［例えば、金属、シリコン、ガラス、セラミック、有機ポリマー、１（低次ダイヤモンドイド、高次ダイヤモンドイド、ヘテロダイヤモンドイド、又は他のダイヤモンドイド誘導体）に結合することのできるあらゆる材料の表面］である。１（ダイヤモンドイド部分）は、連結基４であって、結合３によって該表面に付着され、結合５によって該ダイヤモンドイドに付着されている連結基４を経由して２に結合されている。代替的に、ダイヤモンドは、表面に直接結合させることができる。
図３は、チオサルファー結合基（ｔｈｉｏ  ｓｕｌｆｕｒ  ｌｉｎｋａｇｅ）を経由して、金属表面（例えば、金）に結合されているダイヤモンドイド｛この場合は［１２３１２４１（２）３］デカマンタン｝の一例を示す。
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、シリル−エーテル結合によってシリコン表面に付着したダイヤモンドイドを示す。図４Ａは、［１（２，３）４］ペンタマンタンの（１１１）面が暴露されている［１（２，３）４］ペンタマンタンである。図４Ｂは、［１２（３）４］ペンタマンタンの（１００）面が暴露されている［１２（３）４］ペンタマンタンである。図４Ｃは、（１１０）面が暴露されている、キラル［１２３］テトラマンタンの一対の鏡像異性体である。
【００２０】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、様々なやり方で、［１２３１２４１（２）３］デカマンタン分子をシリコン表面に付着させて、特定のダイヤモンド結晶面を暴露させることができる方法を示す。図５Ａは、シリル・エーテル結合による結合によって、（１１１）ダイヤモンド面を暴露することができると思われる方法を示す。図５Ｂは、シリル・エーテル結合による結合によって、（１００）ダイヤモンド面を暴露することができると思われる方法を示す。図５Ｃは、シリル・エーテル結合による結合によって、（１１０）ダイヤモンド面を暴露することができると思われる方法を示す。このような方法でダイヤモンドイドを使用すれば、ＣＶＤによるダイヤモンドの核形成の種結晶の均質性と、結晶面の配向及び結晶の大きさとの両方を定めることができ、このようにして、ホモエピタキシーを可能にすることができるであろう。ホモエピタキシャルダイヤモンドの成長は、超小型電子技術用途のための高品質ダイヤモンド材料を製造するために必要である。このことは、表面に付着した諸ダイヤモンドイドを、適切な化学的連結基を用いて、互いに連結することによって達成することができる。
ダイヤモンドイドは、ダイヤモンド結晶籠が１個から１１個に及ぶ様々な大きさで入手することができる。このことによって、核形成の種結晶の精確な大きさを選定することが可能となり、ＣＶＤによる他の核形成方法では可能性のない能力が提供される。幾つかの用途では、幾分より大きい種結晶又は幾分より小さい種結晶を使用して、適切な特性及び品質を有するダイヤモンド層を生成することが望ましい。
【００２１】
ダイヤモンドイドは、窒素若しくはホウ素又は他の成分で誘導体化することができる。これらの誘導体を、表面のダイヤモンドイド種結晶の中に組み入れることによって、結果的に、格子中にｎ型要素又はｐ型要素がドーピングされたＣＶＤダイヤモンド膜が得られ、ＣＶＤダイヤモンドをドーピングする新たな方法が提供される。
化学的連結技術を使用すれば、不導電性表面又は脆弱な表面の上にダイヤモンドを成長させることが可能になるであろう。先ず、それらの表面をダイヤモンドイドで被覆して核形成部位の高密度層を作り出し、次いで、低温ＣＶＤプロセスを使用してダイヤモンド層を成長させる。
ダイヤモンドイドを表面に化学的に付着させて、輝かせることができる単層を形成し、ＣＶＤ処理に関連して表面加熱を行うことなく、ダイヤモンド様層を作り出すことによって、より高い品質で且つより均質なダイヤモンド膜を製造することができる。
【００２２】
ひとたびダイヤモンドイドを種結晶として基体に付着させれば、標準的なＣＶＤ法を使用することができる。標準的なＣＶＤ法では、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、及び他のガス状炭素源を使用することができる。核形成プロセスでは、炭素源ガスと一緒に、且つ、好ましくは不活性ガス（例えば、窒素又はアルゴン）と組み合わせて、水素も使用することができる。
もう１つの具体例では、ひとたび所望のダイヤモンドイドを表面に化学的に付着させてしまえば、米国特許第６，７８３，５８９号明細書に記載のような技術を使用してダイヤモンドイドを昇華させ、ＣＶＤのためのガス相にすることができる。使用される典型的な反応器は、概して図６の４００で示される。反応器４００は、処理空間（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｓｐａｃｅ）４０２を取り囲む反応器壁４０１を備えている。ガス入口管４０３を使用して、プロセスガスを処理空間４０２の中に導入する。該プロセスガスは、メタン、水素、及び、任意的にアルゴン等の不活性ガスを含有する。上記で解説した石英製発散装置に類似する、ダイヤモンドイド昇華装置又はダイヤモンドイド揮発装置４０４を使用してダイヤモンドイド揮発させ、次いで、ダイヤモンドイド含有ガスを反応器４００の中に注入する。揮発装置４０４は、水素、窒素、アルゴン又は不活性ガス（例えば、アルゴン以外の希ガス）のようなキャリヤーガスを導入するための手段を備えることができ、且つ、揮発装置４０４は、他の炭素前駆体ガス（例えば、メタン、エタン又はエチレン）を含有することができる。
【００２３】
従来のＣＶＤ反応器と一致するが、反応器４００は、処理空間４０２からプロセスガスを除去するための排気口４０５と、エネルギーを処理空間４０２にカップリングする（ｃｏｕｐｌｉｎｇ：結合させる）ための（、且つ、処理空間４０２内部に入っているプロセスガスからプラズマを発生させるための）エネルギー源と、分子状水素を単原子水素に転化するためのフィラメント４０７と、サセプター４０８の上にダイヤモンドイド含有膜４０９が成長する該サセプター４０８と、ダイヤモンドイド含有膜４０９のｓｐ３混成の均質性（ｓｐ３−ｈｙｂｒｉｄｉｚｅｄ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を改善するために、サセプター４０８を回転させるための手段４１０と、入口４０３を通過するガス流量、源４０６から処理空間４０２の中にカップリングされた電力の量、処理空間４０２の中に注入されたダイヤモンドイドの量、排気口４０５を通って排気されるプロセスガスの量、及び、フィラメント４０７による水素の微粒化（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）を調整し制御するための制御装置４１１と、サセプター４０８を回転させるための手段４１０と、を有することができる。典型的な具体例において、プラズマエネルギー源４０６は、電力が処理空間４０２内部のプロセスガスにカップリングされてプラズマ４１２を作り出すような具合に、誘導コイルを有している。
【００２４】
（トリアマンタン又は高次ダイヤモンドイドであってもよい）ダイヤモンドイド前駆体は、本発明の具体例による反応器４００の中に、ダイヤモンドイドを揮発させるのに役立つ揮発装置４０４を通して注入することができる。メタン又はアルゴンのようなキャリヤーガスを使用して、該キャリヤーガスに同伴されるダイヤモンドイドを処理空間４０２の中に運搬するのを容易にすることができる。そのようなダイヤモンドイドを注入すれば、成長中の膜に炭素が一度に１個の原子で添加される従来のプラズマＣＶＤによるダイヤモンド技術と違って、炭素原子を一度に約１０〜１００個又はそれ以上の速度で堆積させることによって、ＣＶＤにより成長するダイヤモンド膜４０９の成長を容易にすることができる。成長速度は、少なくとも２〜３倍増大させることが可能であり、幾つかの具体例において、成長速度は、少なくとも一桁増大させることが可能である。
【００２５】
幾つかの具体例において、注入されたメタンガス及び／又は水素ガスは、複数個のダイヤモンドイドの間のダイヤモンド物質に「充填する（ｆｉｌｌ  ｉｎ）」必要がある場合があり、且つ／又は、成長中の膜４０９の表面の上のダイヤモンドイド凝集体の間に「捕捉されている（ｔｒａｐｐｅｄ）」物質の領域を「埋め合わせる（ｒｅｐａｉｒ）」必要がある場合がある。水素は、成長中のダイヤモンドの表面のｓｐ３結合特性を安定化させることによって、ＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学蒸着）法によるダイヤモンドの合成に関与する。上記の引用文献に解説されるように、Ａ．エルデミル（Ｅｒｄｅｍｉｒ）等は、水素が、初期の核の大きさ；ガス相中における炭素の分解、及び凝縮性炭素ラジカル（ｃｏｎｄｅｎｓａｂｌｅ  ｃａｒｂｏｎ  ｒａｄｉｃａｌｓ）の生成；成長中のダイヤモンド膜の表面に付着した炭化水素からの水素の分離；ｓｐ３結合の炭素前駆体を挿入することができる空位（ｖａｃａｎｔ  ｓｉｔｅｓ）の生成；をも制御することを教示する。水素は、成長中のダイヤモンド膜の表面から二重結合又はｓｐ２結合の炭素の大部分を溶食し（ｅｔｃｈｅｓ）、このようにして、黒鉛状炭素及び／又は非晶質炭素の形成を妨げる。水素はまた、より小さいダイヤモンド粒子を溶食して除去し、且つ、核の形成を抑制する。その結果として、十分な水素を存在させてＣＶＤにより成長したダイヤモンド膜は、高度にファセットされた表面を有する、主として大きい粒子を含有するダイヤモンドコーティングを生じさせる。そのような膜は、膜厚の約１０％の表面粗さを示すことができる。この具体例において、堆積済みダイヤモンドイドの外面の炭素は既にｓｐ３結合によって安定化されているので、膜表面を安定化させる必要はないであろう。
【００２６】
ダイヤモンドイドは、ＣＶＤによるダイヤモンド膜を得るための炭素前駆体としての役割を果たすことができる。このことは、処理空間４０２の中に注入されたダイヤモンドイドの炭素の各々が、実質的に完全な形態でダイヤモンド膜に添加されることを意味する。揮発装置４０４から反応器４００の中に注入されたダイヤモンドイド４１３は、この役割の他に、単に、従来の技術に従って成長するＣＶＤダイヤモンド膜の核形成を行う役目を果たすことができる。そのような場合、ダイヤモンドイド４１３は、メタン、水素、及び／又はアルゴンを含有することができるキャリヤーガスに同伴され、次いで、堆積プロセスの開始時に反応器４００の中に注入され、後続の諸工程において炭素前駆体としての（且つ、ダイヤモンドイドではない）メタンから成長するダイヤモンド膜の核形成を行う。幾つかの具体例において、特定のダイヤモンドイドの特定の異性体を選定すれば、従来の状況では達成することが困難であったと思われる所望の結晶配向を有するダイヤモンド膜を容易に成長させることができる。代替的に、揮発装置４０４から反応器４００の中にダイヤモンドイド核剤（ｄｉａｍｏｎｄｏｉｄ  ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）の導入を行って、上記に解説の目的を達成するために、成長中の膜の中の超結晶質形態（ｕｌｔｒａｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を助長することができる。
【００２７】
ダイヤモンドイド及び置換ダイヤモンドイドの重量（ここに、ダイヤモンドイド官能基の重量は、ダイヤモンドイド部分に含まれる）は、１つの具体例において、ＣＶＤ膜の全重量の関数として約１重量％から９９．９重量％に及ぶことがある。もう１つの具体例において、ダイヤモンドイド及び置換ダイヤモンドイドの含有量は、約１０〜９９重量％である。もう１つの具体例において、ＣＶＤ膜の全重量に対する、該ＣＶＤ膜中のダイヤモンドイド及び置換ダイヤモンドイドの割合は、約２５〜９５重量％である。
本発明は、特定の諸具体例を参照して記述されてきたが、本出願は、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者が行うができると思われる、それらの具体例の様々な変形及び置き換えを包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ダイヤモンドイドの種結晶を用いて形成された、ＣＶＤによるダイヤモンドの結晶膜を示す。
【図２】表面に結合したダイヤモンドイドであって、配向した種結晶としての役割を果たす該ダイヤモンドイドの分子を示す。
【図３】金属表面に結合したダイヤモンドイドを示す。
【図４Ａ】シリル−エーテル結合によってシリコン表面に付着したダイヤモンドイドを示す。
【図４Ｂ】シリル−エーテル結合によってシリコン表面に付着したダイヤモンドイドを示す。
【図４Ｃ】シリル−エーテル結合によってシリコン表面に付着したダイヤモンドイドを示す。
【図５Ａ】デカマンタン分子をシリコン表面に付着させ得る方法を示す。
【図５Ｂ】デカマンタン分子をシリコン表面に付着させ得る方法を示す。
【図５Ｃ】デカマンタン分子をシリコン表面に付着させ得る方法を示す。
【図６】ダイヤモンドイドを昇華させてＣＶＤ用ガス相にするための反応器を示す。
【図１】
2009530227.tif 000003
【図２】
2009530227.tif 000004
【図３】
2009530227.tif 000005
【図４Ａ】
2009530227.tif 000006
【図４Ｂ】
2009530227.tif 000007
【図４Ｃ】
2009530227.tif 000008
【図５Ａ】
2009530227.tif 000009
【図５Ｂ】
2009530227.tif 000010
【図５Ｃ】
2009530227.tif 000011
【図６】
2009530227.tif 000012
【国際調査報告】
2009530227.tif 000013
2009530227.tif 000014