(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の近傍に炭素系熱フィラメントを配置し、
不活性ガス雰囲気中で該炭素系熱フィラメントの表面温度が２０００℃以上になるように該炭素系熱フィラメントに通電することによって、基板上にダイヤモンドを堆積させるダイヤモンドの製造方法。
【請求項２】
前記炭素系フィラメントはその表面温度が２２００℃以上２５００℃以下の温度になるように通電される請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記炭素系熱フィラメントは、２０００℃以上の温度で黒鉛化が進行しない難黒鉛化性炭素と該難黒鉛化性炭素中に均一に分散した黒鉛粉末を含む請求項１または２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンドの製造方法、特に電子デバイスとしての利用が期待される、基板上に形成された薄膜状ダイヤモンドの製造に適したダイヤモンドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に薄膜状のダイヤモンドを形成する有効な手法の一つとして、基板の近傍に熱フィラメントを配置し、炭化水素などの炭素および水素源ガス雰囲気中で熱フィラメントに通電して加熱し、基板上にダイヤモンドの薄膜を成長させる、熱フィラメントＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法がある。下記特許文献１には、この熱フィラメントの材料として炭素を使用することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０６１９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２３１９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、炭化水素や水素などの可燃性気体を使用しないで熱フィラメントＣＶＤ法により安全にダイヤモンドを生成することのできる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、基板の近傍に炭素系熱フィラメントを配置し、不活性ガス雰囲気中で該炭素系熱フィラメントの表面温度が２０００℃以上になるように該炭素系熱フィラメントに通電することによって、基板上にダイヤモンドを堆積させるダイヤモンドの製造方法が提供される。
【０００６】
熱フィラメントとして炭素系熱フィラメントを用い、その表面温度が２０００℃以上になるように通電することによって、熱フィラメント自身が炭素源となって不活性ガス雰囲気中においてもダイヤモンドを生成することができた。
【０００７】
炭素系フィラメントの表面温度は特に、２２００℃以上２５００℃以下の温度とすることが好ましい。
【０００８】
前記炭素系熱フィラメントは、２０００℃以上の温度で黒鉛化が進行しない難黒鉛化性炭素と該難黒鉛化性炭素中に均一に分散した黒鉛粉末を含むことが好ましい。
【０００９】
この均一に分散した黒鉛粉末はフィラメントに良好な導電性を与えて通電による２０００℃以上の加熱を可能にする。また、難黒鉛化性（アモルファス）炭素は、ダイヤモンドへの相転移を容易にするものと考えられる。
【００１０】
この難黒鉛化性炭素とその中に均一に分散した黒鉛粉末とを含む炭素系熱フィラメントは、炭素化後にアモルファス状炭素、特に、２０００℃以上の高温下での使用時に黒鉛化が進行しない難黒鉛化性炭素となり得る高分子樹脂、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂や、塩素化塩化ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂に、カーボンブラック、黒鉛粉末、コークス粉などの炭素粉末を混合し、所望の形状に賦形化後、不活性雰囲気中で焼成することで得られる。
【実施例】
【００１１】
〔炭素系熱フィラメントの作成〕
（実施例１）
乾留ピッチ（呉羽化学工業製  ＫＨ−１Ｐ）１５部、フラン樹脂（日立化成製  ＶＦ３０３）３５部、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛工業製  平均粒径４μｍ）５０部を分散、混合、混練後に金型に投入し加圧圧縮成形した。次に窒素ガス雰囲気中１０００℃で焼成し、図１の形状のフィラメント１０を得た。樹脂と黒鉛粉末の混合物を平板に成形し、焼成後に図１に示す形状に切削加工することもできる。
【００１２】
（実施例２）
乾留ピッチ（呉羽化学工業製  ＫＨ−１Ｐ）１５部、フラン樹脂（日立化成製  ＶＦ３０３）３５部、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛工業製  平均粒径４μｍ）５０部を分散、混合、混練後に金型に投入し加圧圧縮成形した。次に窒素ガス雰囲気中１０００℃で焼成し、続いてアルゴンガス中１５００℃で焼成し、図１の形状のフィラメントを得た。
【００１３】
（実施例３）
塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド製  Ｔ−７４１）４０部、フラン樹脂（日立化成製  ＶＦ３０３）２０部に、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛製  平均粒度５μｍ）４０部と、可塑材としてジアリルフタレートモノマーを２０部を添加して、分散、混合し、押し出し成形で細線状に成形し、その後窒素ガス雰囲気中１０００℃、さらにアルゴンガス雰囲気中２３００℃で焼成し、円柱状炭素系フィラメントを得た。
【００１４】
（実施例４）
塩素化塩化ビニル樹脂（日本カーバイド製  Ｔ−７４１）５０部に、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛製  平均粒度５μｍ）５０部に対し、可塑材としてジアリルフタレートモノマーを２０部を添加して、分散、混合し、押し出し成形にてコイル状に成形し、その後窒素ガス雰囲気中１０００℃、さらに真空中２１００℃で焼成し、コイル状炭素系フィラメントを得た。
【００１５】
〔ダイヤモンドの合成〕
用いたダイヤモンド合成装置の概略構成を図２に示す。チャンバー１２内に電源１６に接続された２本の電極棒１４が配置され、それらの間にフィラメント１０が接続される。フィラメント１０の下方にフィラメント１０に直交する方向に基板１８が配置され、その裏面に設けられた熱電対２０により基板１８の温度が検出される。フィラメント１０の温度はチャンバー１２の観察窓を通してパイロメータ２２により測定される。パイロメータ２２で測定された温度は温度制御装置２４へ入力され、温度制御装置２４はフィラメント１０の表面温度が所定の温度に維持されるように電源１６を制御する。
【００１６】
フィラメント１０としては実施例１で作成され、難黒鉛化性炭素とその中に均一に分散した黒鉛粉末とからなる複合炭素材料によるもののほか、黒鉛のみからなる市販の等方性炭素材料（新日本テクノカーボン製）を図１の形状に切削加工したものも用いた。
【００１７】
（実施例５）
実施例１で得られたフィラメントをチャンバー１２に設置し通電して、真空下２０００℃で１０分間仮焼した後、チャンバー１２内にアルゴンガスを８０torr導入し、フィラメント温度２４５０℃で４０分間通電したところ、シリコン基板１８上に図３および図４のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真に示すダイヤモンド粒子が形成された。基板１８とフィラメント１０との距離は４mmであり、基板１８の温度は８００℃であった。ラマンスペクトルをそれぞれ図５および図６に示す。ダイヤモンド特有の１３３３cm-1のピークがみられる。
【００１８】
（実施例６）
実施例１で得られたフィラメントをチャンバー１２に設置し通電して、真空下２０００℃で２時間仮焼した後、チャンバー１２内にアルゴンガスを８０torr導入し、フィラメント温度２４５０℃で４０分間通電したところ、シリコン基板１８上に図７および図８のＳＥＭ写真に示すダイヤモンド粒子が形成された。基板１８とフィラメント１０との距離は４mmであり、基板１８の温度は７５０〜８１０℃であった。ラマンスペクトルをそれぞれ図９および図１０に示す。ダイヤモンド特有の１３３３cm-1のピークがみられる。
【００１９】
（実施例７）
実施例１で得られたフィラメントをチャンバー１２に設置し通電して、真空下２０００℃で２時間仮焼した後、チャンバー１２内にヘリウムガスを８０torr導入し、フィラメント温度２４５０℃で４０分間通電したところ、シリコン基板１８上に図１１および図１２のＳＥＭ写真に示すダイヤモンド粒子が形成された。基板１８とフィラメント１０との距離は７mmであり、基板１８の温度は７６０〜７９０℃であった。ラマンスペクトルをそれぞれ図１３および図１４に示す。ダイヤモンド特有の１３３３cm-1のピークがみられる。
【００２０】
（実施例８）
等方性炭素材料製フィラメントをチャンバー１２に設置し、チャンバー１２内を真空にした後、アルゴンガスを８０torr導入し、フィラメント温度２２５０℃で４０分間通電したところ、シリコン基板１８上に図１５および図１６のＳＥＭ写真に示すダイヤモンド粒子が形成された。基板１８とフィラメント１０との距離は４mmであり、基板１８の温度は７３０〜８３０℃であった。ラマンスペクトルをそれぞれ図１７および図１８に示す。ダイヤモンド特有の１３３３cm-1のピークがみられる。
【００２１】
（実施例９）
等方性炭素材料製フィラメントをチャンバー１２に設置し、チャンバー１２内を真空にした後、アルゴンガスを８０torr導入し、フィラメント温度２３５０℃で４０分間通電したところ、シリコン基板１８上に図１９および図２０のＳＥＭ写真に示すダイヤモンド粒子が形成された。基板１８とフィラメント１０との距離は４mmであり、基板１８の温度は８００〜８３０℃であった。ラマンスペクトルをそれぞれ図２１および図２２に示す。ダイヤモンド特有の１３３３cm-1のピークがみられる。
【００２２】
（実施例１０）
等方性炭素材料製フィラメントをチャンバー１２に設置し、チャンバー１２内を真空にした後、ヘリウムガスを８０torr導入し、フィラメント温度２３５０℃で４０分間通電したところ、シリコン基板１８上に図２３および図２４のＳＥＭ写真に示すダイヤモンド粒子が形成された。基板１８とフィラメント１０との距離は７mmであり、基板１８の温度は７８０〜８２０℃であった。ラマンスペクトルをそれぞれ図２５および図２６に示す。ダイヤモンド特有の１３３３cm-1のピークがみられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】熱フィラメントの形状の一例を示す図である。
【図２】ダイヤモンド合成装置の概略構成を示す図である。
【図３】実施例５において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図４】実施例５において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図５】実施例５において得られたもののラマンスペクトルである。
【図６】実施例５において得られたもののラマンスペクトルである。
【図７】実施例６において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図８】実施例６において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図９】実施例６において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１０】実施例６において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１１】実施例７において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図１２】実施例７において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図１３】実施例７において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１４】実施例７において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１５】実施例８において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図１６】実施例８において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図１７】実施例８において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１８】実施例８において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１９】実施例９において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図２０】実施例９において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図２１】実施例９において得られたもののラマンスペクトルである。
【図２２】実施例９において得られたもののラマンスペクトルである。
【図２３】実施例１０において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図２４】実施例１０において得られたもののＳＥＭ写真である。
【図２５】実施例１０において得られたもののラマンスペクトルである。
【図２６】実施例１０において得られたもののラマンスペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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【図２６】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２３】
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【図２４】
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