JP2000154092A - High heat conductivity 12c diamond film and its production - Google Patents
High heat conductivity 12c diamond film and its productionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高熱伝導性12Ｃダ
イヤモンド膜及びその作製方法に関し、より具体的には
ＲＦプラズマＣＶＤ法により形成した膜の裏面側ないし
その極く近傍から膜面垂直方向及び膜面平行方向に高熱
伝導性を有する12Ｃダイヤモンド膜及びその作製方法に
関する。The present invention relates to relates to a high thermal conductivity 12 C diamond film and a manufacturing method thereof, the rear surface side to the film surface perpendicular direction from its close proximity to the more specifically was formed by RF plasma CVD film and film plane parallel about 12 C diamond film and a manufacturing method thereof with high thermal conductivity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ダイヤモンドは、立方晶系のダイヤモン
ド型構造をもち、宝石として重宝されているほか、硬度
（モース硬さ１０で、既知物質中最も硬い）、耐摩耗性
がずば抜けて高いため、砥石、研磨材、バイト、ダイ
ス、ボーリング用ビット、切削工具用等の工具やコーテ
ィング工具などに用いられている。これら特性の加え、
熱伝導度が高い（特に室温における熱伝導率はあらゆる
物質の中でも最も高い）ことから、例えばヒートシンク
材（放熱材）等として電子部品等に組み込まれて利用さ
れている。2. Description of the Related Art Diamond has a cubic diamond-type structure, is useful as a jewel, has a hardness (Mohs hardness of 10 and is the hardest among known materials), and has extremely high wear resistance. It is used for tools such as whetstones, abrasives, cutting tools, dies, boring bits, cutting tools, and coating tools. In addition to these properties,
Due to its high thermal conductivity (especially the highest thermal conductivity at room temperature among all substances), it is used as a heat sink material (heat radiating material) incorporated in an electronic component or the like.
【０００３】ダイヤモンドは合成ダイヤモンドも製造さ
れており、天然同位体比のものだけではなく、近年、炭
素の同位体比を制御したダイヤモンドについても研究さ
れている。天然同位体比のダイヤモンドの場合につい
て、例えば「ＮＡＴＵＲＥ」Ｖｏｌ. ３５９, ｐ．４０
１, １ Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９２）によれば、膜に垂直
な方向での熱伝導率は、膜裏面近辺で１０．５Ｗ／ｃｍ
・Ｋ程度で、膜厚が厚くなるに伴い上昇するが、１００
μｍ程度までは２０Ｗ／ｃｍ・Ｋ以下であり、膜の裏面
側１５０μｍ以上で２３Ｗ／ｃｍ・Ｋ程度の熱伝導率を
示している（Ｆｉｇ．３）。[0003] Synthetic diamonds are also produced, and not only those having natural isotope ratios but also diamonds in which the carbon isotope ratio is controlled have recently been studied. For the case of natural isotope diamonds, see, for example, "NATURE" Vol. 359, p. 40
According to 1, 1 October 1992), the thermal conductivity in the direction perpendicular to the film is 10.5 W / cm near the back surface of the film.
· At about K, it increases as the film thickness increases.
It is 20 W / cm · K or less up to about μm, and shows a thermal conductivity of about 23 W / cm · K at 150 μm or more on the back surface side of the film (FIG. 3).
【０００４】一方、上記膜の膜に平行な方向の熱伝導率
は低く、膜の裏面近辺で５．５Ｗ／ｃｍ・Ｋ程度で、膜
厚方向に大きくなるが、膜の裏面側から３００μｍ以上
の箇所で２３Ｗ／ｃｍ・Ｋ程度の値を示している。同文
献によれば、研磨等による除去処理を行った形跡はない
が、上記事実からすると、膜に垂直な方向、膜に平行な
方向共に２３Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得るには、
膜の裏面側から３００μｍ以上をカットし除去する必要
があり、研磨等により３００μｍ以上も除去するには大
変な作業が必要である。On the other hand, the thermal conductivity of the above-mentioned film in the direction parallel to the film is low, is about 5.5 W / cm · K near the back surface of the film, and increases in the film thickness direction. Indicates a value of about 23 W / cm · K. According to the document, there is no evidence of removal treatment by polishing or the like, but from the above fact, it is necessary to obtain a thermal conductivity of 23 W / cm · K or more in both the direction perpendicular to the film and the direction parallel to the film. ,
It is necessary to cut and remove 300 μm or more from the back side of the film, and a great deal of work is required to remove 300 μm or more by polishing or the like.
【０００５】一方、炭素の同位体比を制御したダイヤモ
ンドについて、例えば「Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ. Ｌｅｔ
ｔ.」Ｖｏｌ.６４, Ｎｏ.１９, ｐ.２５４７, ９ Ｍａ
ｙ（１９９４)には、９９.９５％に純化した12Ｃメタン
を原料とし、ＭＥ（ＭｉｃｒｏｗａｖｅーＥｎｈａｎｃ
ｅｄ）ＣＶＤ法により形成したダイヤモンド薄膜につい
ての熱伝導率が示されている。この12Ｃダイヤモンド薄
膜の熱伝導率は、基板面に垂直な方向で２６Ｗ／ｃｍ・
Ｋ（２５℃）、基板面に平行な方向で２１．８Ｗ／ｃｍ
・Ｋ（２５℃）である。[0005] On the other hand, with respect to diamond having a controlled carbon isotope ratio, for example, “Appl. Phys.
t. ", Vol. 64, No. 19, p. 2547, 9 Ma
The y (1994), the 12 C methane purified to 99.95% as a raw material, ME (Microwave over Enhanc
ed) The thermal conductivity of the diamond thin film formed by the CVD method is shown. The thermal conductivity of this 12 C diamond thin film is 26 W / cm · in the direction perpendicular to the substrate surface.
K (25 ° C.), 21.8 W / cm in a direction parallel to the substrate surface
K (25 ° C.)
【０００６】ここで熱伝導率の測定に供した試料は膜表
面側から約１１０μｍ、裏面側から約５μｍまで研磨さ
れているが、裏面側からの研磨厚が小さいにも拘わら
ず、膜に垂直な方向での熱伝導率が上記のように高いの
は、それが６５０μｍという厚さの試料であるためと推
認される。したがって、これを例えばヒートシンク材に
利用するには、熱伝導率の高い膜に垂直な方向に厚く成
膜し、裏面側から相当の厚さを研磨等により除去する必
要がある。Here, the sample subjected to the measurement of the thermal conductivity is polished to about 110 μm from the film front side and to about 5 μm from the back side. However, although the polishing thickness from the back side is small, it is perpendicular to the film. The reason why the thermal conductivity in any direction is high as described above is presumed to be that the sample has a thickness of 650 μm. Therefore, in order to use this as a heat sink material, for example, it is necessary to form a thick film in a direction perpendicular to a film having a high thermal conductivity and remove a considerable thickness from the back surface by polishing or the like.
【０００７】以上のような事実からすると、膜面に平行
な方向の熱伝導率が膜裏面から、ないしは膜裏面の極く
近傍から高く、研磨等による裏面からの除去部分が無い
か、有ってもできるだけ少ない方が望ましいと云える。
本発明者等はこのような観点から、各種多方面から実験
し、検討を続けたところ、ＲＦプラズマＣＶＤ法によっ
て、膜面に垂直な方向だけでなく、膜裏面から、または
膜裏面から極く近傍から膜に平行な方向（＝膜面横方
向）に高い熱伝導率を有する12Ｃダイヤモンド薄膜を形
成し得ることを見い出し、本発明に到達するに至ったも
のである。According to the above facts, the thermal conductivity in the direction parallel to the film surface is high from the back surface of the film or very near the back surface of the film, and there is no portion removed from the back surface by polishing or the like. It can be said that even less is desirable.
From such a viewpoint, the present inventors have conducted experiments from various directions and have continued to study. As a result, the RF plasma CVD method is used not only in the direction perpendicular to the film surface but also from the film back surface or from the film back surface. found that to form a 12 C diamond thin film having a high thermal conductivity in a direction (= film surface lateral direction) parallel to the membrane from the vicinity, it has been led to reach the present invention.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】すなわち本発明は、Ｒ
ＦプラズマＣＶＤ法により形成された12Ｃダイヤモンド
膜であって、膜面に垂直な方向（＝膜面垂直方向）だけ
でなく、膜面平行方向（＝膜面横方向）に、しかも膜裏
面から、ないしは膜裏面の極く近傍から高熱伝導率を有
し、その裏面側のカットが必要でないか、カットする場
合にも僅かなカットで足りる高熱伝導性12Ｃダイヤモン
ド薄膜及びその作製方法を提供することを目的とする。That is, according to the present invention, R
A 12 C diamond film formed by F plasma CVD method, not only the direction perpendicular to the film surface (= the direction perpendicular to the film surface), the direction parallel to the layer surface (= film surface laterally), yet the film back surface , or has a high thermal conductivity from the close proximity of the film backside, that either the rear surface side of the cut is not necessary to provide a high thermal conductivity 12 C diamond film and a manufacturing method thereof sufficient even a slight cut when cutting The purpose is to:
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法により形成された12Ｃダイヤモンド膜であっ
て、膜の裏面側ないしその極く近傍から膜面垂直方向及
び膜面平行方向に高熱伝導率を有することを特徴とする
高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜を提供する。The present invention SUMMARY OF THE INVENTION is a 12 C diamond film formed by the RF plasma CVD method, the back side or high heat from the close proximity in a direction perpendicular to the film surface and the film plane parallel membrane providing a high thermal conductivity 12 C diamond film, which has a conductivity.
【００１０】本発明は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により基
材面上に形成された12Ｃダイヤモンド膜であって、膜の
裏面側ないしその極く近傍から膜面垂直方向及び膜面平
行方向に高熱伝導率を有することを特徴とする高熱伝導
性12Ｃダイヤモンド膜を提供する。[0010] The present invention provides a 12 C diamond film formed on the substrate surface by RF plasma CVD method, high thermal conductivity on the back side to a direction perpendicular to the film surface and the film plane parallel from its close proximity to the membrane The present invention provides a highly thermally conductive 12 C diamond film having a high thermal conductivity.
【００１１】また、本発明は、同位体的に12Ｃへ純化し
た炭化水素ガス及び水素を含む原料ガスを用い、ＲＦプ
ラズマＣＶＤ法により基材面上に膜裏面ないしその極く
近傍から大きな結晶粒径の12Ｃダイヤモンド膜を形成す
ることを特徴とする高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜の作
製方法を提供する。Further, the present invention uses a hydrocarbon gas and hydrogen-containing source gas which are isotopically purified to 12 C, and forms a large crystal on the substrate surface by RF plasma CVD from the back surface of the film or from the immediate vicinity thereof. It provides a method of making high thermal conductivity 12 C diamond film and forming a 12 C diamond film grain size.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の高熱伝導性12Ｃダイヤモ
ンド膜は、膜面に垂直な方向だけでなく、膜面に平行な
方向に、しかも膜裏面から、ないしは膜裏面の極く近傍
から高い熱伝導率を有する。例えば前記ダイヤモンド膜
では膜面に平行な方向の熱伝導率は高々２１.８Ｗ／ｃ
ｍ・Ｋ（２５℃）であるが、本発明の12Ｃダイヤモンド
膜は、膜面に平行な方向で２７Ｗ／ｃｍ・Ｋ（３０℃）
もの熱伝導率を有している。これを天然同位体比
（12Ｃ：13Ｃ＝９８．９：１．１）のダイヤモンド膜と
比較すると常温において３０％以上も高い値である。The high thermal conductivity 12 C diamond film of the embodiment of the present invention is not only a direction perpendicular to the film plane, in the direction parallel to the film surface, moreover a film backside, or the close proximity of the film back surface Has high thermal conductivity. For example, in the case of the diamond film, the thermal conductivity in the direction parallel to the film surface is at most 21.8 W / c.
m · K (25 ° C.), but the 12 C diamond film of the present invention has a 27 W / cm · K (30 ° C.) in a direction parallel to the film surface.
Have thermal conductivity. This natural isotopic ratio is also high value of 30% or more at room temperature when compared with diamond film (12 C:: 13 C = 98.9 1.1).
【００１３】本発明において、上記のように高い熱伝熱
性を有する12Ｃダイヤモンド膜を形成するには、まず
（１）原料ガス成分として同位体的に12Ｃへ純化した炭
化水素ガスを用いることが重要であり、これに加えて
（２）基材面から垂直方向に成長する結晶粒径を膜裏面
（基材面に接する面）から、ないしは膜裏面の極く近傍
から大きく成長させることが重要である。In the present invention, in order to form a 12 C diamond film having high thermal conductivity as described above, first, (1) a hydrocarbon gas purified to 12 C isotope is used as a raw material gas component. In addition to this, (2) the crystal grain size that grows in the vertical direction from the substrate surface should be increased from the film back surface (the surface in contact with the substrate surface) or from the vicinity of the film back surface. is important.
【００１４】炭化水素ガスの具体例としては、同位体的
に12Ｃへ純化したメタン、エタン、プロパン、ブタン、
アセチレンなどが挙げられるが、好ましくは同位体的に
12Ｃへ純化したメタンが用いられる。炭化水素ガスにお
ける12Ｃへの純化度は好ましくは９９．９０以上、より
好ましくは９９．９３以上であり、これに対応した12Ｃ
ダイヤモンド膜が得られる。Specific examples of the hydrocarbon gas include methane, ethane, propane, butane, which are isotopically purified to 12 C,
Acetylene and the like, but are preferably isotopically
Methane purified to 12 C is used. The purity of the hydrocarbon gas to 12 C is preferably 99.90 or more, more preferably 99.93 or more, and the corresponding 12 C
A diamond film is obtained.
【００１５】本発明の高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜の
形成にはＲＦプラズマＣＶＤ法が用いられる。ＲＦプラ
ズマＣＶＤ装置には各種態様があるが、図１はＲＦプラ
ズマＣＶＤ装置のその一例を示す図である。基材にはガ
ラス、石英、サファイア、水晶、あるいはシリコンなど
の半導体基板、その他各種あるが、本発明においては基
材の種類如何を問わず成膜することができる。成膜時の
基材温度は約６５０〜１１５０℃、好ましくは約８００
〜１０００℃である。原料ガスとしては、上記炭化水素
ガス及び水素を含むガスを用いるが、これに加えて不活
性ガス（アルゴン等）等を使用してもよい。例えば不活
性ガスはプラズマの安定化のために加えられる。The high thermal conductivity 12 C diamond film of the present invention is formed by RF plasma CVD. Although there are various modes in the RF plasma CVD apparatus, FIG. 1 is a diagram showing an example of the RF plasma CVD apparatus. The substrate may be a semiconductor substrate such as glass, quartz, sapphire, quartz, or silicon, and other various types. In the present invention, the film can be formed regardless of the type of the substrate. The substrate temperature during film formation is about 650 to 1150 ° C., preferably about 800
１０００1000 ° C. As the raw material gas, a gas containing the above hydrocarbon gas and hydrogen is used. In addition, an inert gas (eg, argon) may be used. For example, an inert gas is added to stabilize the plasma.
【００１６】本発明において高熱伝導性12Ｃダイヤモン
ド膜を形成するには、その結晶を基材面膜裏面から、な
いしは膜裏面の極く近傍から急激に成長させ、基材面か
ら垂直方向に結晶粒径を大きく成長させることが重要で
あり、その粒径を少なくとも１０μｍ程度以上、好まし
くは３０μｍ程度以上、さらに好ましくは５０μｍ程度
以上とする。これにより膜面垂直方向だけでなく、膜面
平行方向に高い熱伝導率を有する12Ｃダイヤモンド膜が
得られる。３０μｍ以上、或いは５０μｍ以上の場合、
それ以下の粒径のものは含まれていないのが望ましい
が、幾分含まれていても差し支えない。この成長結晶粒
径の制御は各種成膜条件を選定することにより行うこと
ができる。In the present invention, in order to form a highly thermally conductive 12 C diamond film, the crystal is grown rapidly from the back surface of the substrate surface or from the immediate vicinity of the back surface of the film, and the crystal grains are grown vertically from the substrate surface. It is important to grow the diameter to be large, and the particle diameter is at least about 10 μm or more, preferably about 30 μm or more, and more preferably about 50 μm or more. As a result, a 12 C diamond film having a high thermal conductivity not only in the direction perpendicular to the film surface but also in the direction parallel to the film surface can be obtained. In the case of 30 μm or more, or 50 μm or more,
It is desirable not to include those having a particle size smaller than that, but it is possible to include them to some extent. The control of the grown crystal grain size can be performed by selecting various film forming conditions.
【００１７】この点、特開平８ー４８５９６号公報で
は、マイクロ波ＣＶＤ反応器において12Ｃメタン、酸素
及び水素から成る混合ガスを使用することにより、純粋
な同位体から成るＣＶＤダイヤモンドフィルムを成長さ
せている（同公報の実施例）。しかし、ここで得られた
ダイヤモンドフィルムの熱伝導率は２１．３〜２２．６
Ｗ／ｃｍ・Ｋであり、本発明における12Ｃダイヤモンド
膜の熱伝導率２７Ｗ／ｃｍ・Ｋに比べて格段に低い。In this regard, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-48596 discloses that a CVD diamond film composed of pure isotopes is grown by using a mixed gas composed of 12 C methane, oxygen and hydrogen in a microwave CVD reactor. (Example of the publication). However, the thermal conductivity of the diamond film obtained here was 21.3 to 22.6.
W / cm · K, which is much lower than the thermal conductivity of the 12 C diamond film of the present invention of 27 W / cm · K.
【００１８】一般的なダイヤモンドの成長様式において
は、基板に垂直な方向に、成長の早い粒子が遅い粒子を
埋めて行きながら緩やかに大きな粒子へ成長して行き、
膜裏面側からかなりの膜厚となるまでその結晶粒径が小
さいか、粒径の小さい結晶が混在しているが、上記技術
におけるダイヤモンドフィルムの熱伝導率がそのように
低いのは、恐らくそのような成長様式を採り、その域を
出ていないためと推認される。In a general diamond growth mode, fast-growing grains gradually grow into large grains in a direction perpendicular to the substrate while filling up slow grains.
The crystal grain size is small or a crystal with a small grain size is mixed from the back side of the film to a considerable thickness, but the thermal conductivity of the diamond film in the above technology is so low, probably that It is presumed that they did not leave the area with such a growth pattern.
【００１９】本発明におけるＲＦプラズマＣＶＤ法の成
膜条件としては、原料ガスの組成及びその流量、反応雰
囲気の圧力、温度、基材の温度、高周波のパワー等各種
あるが、これら諸条件を選ぶことにより、基材面から垂
直方向に成長する結晶粒径を大きくすることができる。
例えば、原料ガスの流速を大きくし、膜形成の開始当初
から高温基材面の近傍で常に活性化された高速のガス流
が絶えず吹き付けられるようにして、基材面に結晶が成
長し始める時点から結晶粒径を大きくすることができ
る。As the film forming conditions for the RF plasma CVD method in the present invention, there are various types such as the composition and flow rate of the raw material gas, the pressure and temperature of the reaction atmosphere, the temperature of the base material, and the high frequency power. Thereby, the crystal grain size that grows in the vertical direction from the substrate surface can be increased.
For example, when the flow rate of the raw material gas is increased and a high-speed gas flow that is always activated near the high-temperature substrate surface is constantly sprayed from the beginning of film formation, and when the crystal starts to grow on the substrate surface Can increase the crystal grain size.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to these Examples.
【００２１】《実施例膜＝12Ｃダイヤモンド膜の作製
例》膜作製用装置として図１に示すようなＲＦプラズマ
ＣＶＤ装置〔日本高周波（株）社製：ＲＰＳー０４０
４〕を使用した。膜形成条件は表１のとおりである。原
料ガス中、ＣＨ4 として天然同位体比のメタンを同位体
的に12Ｃの方へ純化した各種メタンを用いて各種12Ｃダ
イヤモンド膜を作製した。このうち、以下の観察、計測
においては、代表例として原料ガス中、ＣＨ4 として12
Ｃ同位体純化度９９.９５％のメタン（12ＣＨ4）を用い
て形成された12Ｃダイヤモンド膜を使用している。<< Example film = Example of producing 12 C diamond film >> As an apparatus for producing a film, an RF plasma CVD apparatus as shown in FIG. 1 [RPS-040 manufactured by Japan High Frequency Corporation]
4] was used. The film forming conditions are as shown in Table 1. Various 12 C diamond films were prepared using various methanes obtained by isotopically purifying methane having a natural isotope ratio toward 12 C as CH 4 in the raw material gas. Of these, the following observations, in the measurement, the raw material gas as a typical example, as CH 4 12
Using 12 C diamond film formed by using the C isotopic purification of 99.95% methane (12 CH 4).
【００２２】《比較例膜＝天然同位体比ダイヤモンド膜
の作製例》上記と同様にして、表１の膜形成条件中、原
料ガスにおける使用ＣＨ4 として天然同位体比のメタン
を用いて天然同位体比のダイヤモンド膜を作製した。<< Comparative Example Film = Native Isotope Ratio Preparation Example of Diamond Film >> In the same manner as described above, in the film forming conditions shown in Table 1, natural isotope was used by using methane having a natural isotope ratio as CH 4 used in the raw material gas. A diamond film having a volume ratio was prepared.
【００２３】[0023]
【表 １】 [Table 1]
【００２４】図２は上記12Ｃダイヤモンド膜の作製例で
得た12Ｃダイヤモンド膜の縦断面についてのＳＥＭ（走
査電子顕微鏡）写真である。基板部分を含めて８００倍
に拡大したもので、結晶粒径、結晶成長の模様について
の観察結果を図３に模式的に示している。図２〜図３の
とおり、基板面すなわち膜裏面側から表面側に向けて粒
径５０μｍを超えたダイヤモンド結晶が急激に成長し、
基板面から垂直方向に膜厚１００μ程度のダイヤモンド
膜が形成されていることが分かる。[0024] FIG 2 is a SEM (scanning electron microscope) photograph of the vertical cross section of 12 C diamond film obtained by the manufacturing example above 12 C diamond film. FIG. 3 schematically shows the observation results of the crystal grain size and the pattern of crystal growth, which are 800 times enlarged including the substrate portion. As shown in FIG. 2 to FIG. 3, diamond crystals having a grain size of more than 50 μm grow rapidly from the substrate surface, that is, the film rear surface side to the front surface side,
It can be seen that a diamond film having a thickness of about 100 μ is formed vertically from the substrate surface.
【００２５】また、上記で得られたＲＦプラズマＣＶＤ
膜の分析を行ったところ、ラマン分光、カソードルミネ
ッセンスともに、良質なダイヤモンドが得られているこ
とを示す結果が得られた。Further, the RF plasma CVD obtained above
When the film was analyzed, both Raman spectroscopy and cathodoluminescence showed results indicating that good quality diamond was obtained.
【００２６】《熱伝導度の測定》上記12Ｃダイヤモンド
膜の作製例及び天然同位体比ダイヤモンド膜の作製例で
得られた各ダイヤモンド膜について、その熱伝導率を定
常法により測定した。使用装置としては定常法高熱伝導
率測定装置〔ＴＳ／Ｌλー８５５０、（株）リガク社
製〕を使用した。[0026] For each diamond films obtained in Preparation Examples Preparation Examples and natural isotopic ratio diamond film "thermal conductivity measurement" above 12 C diamond film, to measure the thermal conductivity by steady method. As a device to be used, a stationary method high thermal conductivity measuring device [TS / Lλ-8550, manufactured by Rigaku Corporation] was used.
【００２７】前記製造工程で得たダイヤモンド膜から、
サンプルとしてそれぞれ２ｍｍ×３ｍｍ（幅×長さ）及
び２ｍｍ×４ｍｍのサイズに切り出し、また膜の裏面側
から約２０μｍ程研磨したそれらサイズのサンプルを作
製し、それぞれ熱伝導率測定用試料とした。サンプルの
両側を金（Ａｕ）製のプローブ（サイズ＝２ｍｍ×２ｍ
ｍ×８ｍｍ）により挟み、そのプローブの両側に温度差
をつけた。これを真空中において定常状態になるまで保
持し、サンプル及びプローブの表面の温度勾配を赤外線
検出器により測定した。From the diamond film obtained in the above manufacturing process,
Samples each having a size of 2 mm × 3 mm (width × length) and 2 mm × 4 mm were cut out and polished by about 20 μm from the back surface side of the film to prepare samples each having a thermal conductivity measurement. A probe made of gold (Au) on both sides of the sample (size = 2 mm x 2 m
mx 8 mm), and a temperature difference was applied to both sides of the probe. This was held in a vacuum until a steady state was reached, and the temperature gradient on the surface of the sample and the probe was measured by an infrared detector.
【００２８】サンプルの温度勾配と金製プローブの温度
勾配により、下記式（１）によりサンプルの熱伝導率
（λSample）を算出した。式（１）中、λAuは金製プロ
ーブの熱伝導率、（ｄＴ／ｄＬ）Au、（ｄＴ／ｄＬ）
Sampleはそれぞれ金製プローブ及びサンプルの温度勾
配、ＡAu、ＡSampleはそれぞれ金製プローブ及びサンプ
ルの断面積である。Based on the temperature gradient of the sample and the temperature gradient of the gold probe, the thermal conductivity (λ Sample ) of the sample was calculated by the following equation (1). In the formula (1), λ Au is the thermal conductivity of the gold probe, (dT / dL) Au , (dT / dL)
Sample is the temperature gradient of the gold probe and the sample, respectively, and A Au and A Sample are the cross-sectional areas of the gold probe and the sample, respectively.
【００２９】[0029]
【式 １】 [Equation 1]
【００３０】図４はこうして得られた熱伝導率（λ）を
プロットした図である。図４中、12Ｃダイヤモンド膜１
及び天然同位体比ダイヤモンド膜１は、２ｍｍ×３ｍｍ
（幅×長さ）に切り出したサンプル、12Ｃダイヤモンド
膜２及び天然同位体比ダイヤモンド膜２は２ｍｍ×４ｍ
ｍ（幅×長さ）に切り出したサンプルの熱伝導率であ
り、12Ｃダイヤモンド膜１（研磨）として示すサンプル
は、膜の裏面側から約２０μｍ程研磨したサンプル（膜
厚：８０〜９０μｍ）の熱伝導率である。FIG. 4 is a plot of the thermal conductivity (λ) thus obtained. In FIG. 4, 12 C diamond film 1
And the natural isotope ratio diamond film 1 is 2 mm × 3 mm
The sample cut into (width × length), the 12 C diamond film 2 and the natural isotope diamond film 2 are 2 mm × 4 m
m is the thermal conductivity of the sample cut into (width × length), 12 C diamond film 1 Sample Sample shown as (polishing) is polished by about 20μm from the back surface side of the film (thickness: 80～90Myuemu) Is the thermal conductivity of
【００３１】図４のとおり、例えば温度３０℃の場合
（熱伝導の妨げとなるフォノン散乱は温度が低い方が小
さいため、それより低い温度での熱伝導率の測定値はよ
り高い値となると解される）、天然同位体比ダイヤモン
ド膜１、２の熱伝導率は２０．５Ｗ／ｃｍ・Ｋであるの
に対して、12Ｃダイヤモンド膜１、２では２７．５Ｗ／
ｃｍ・Ｋ前後という、格段に高い値を示している。ま
た、膜の裏面側から研磨（２０μｍ）した12Ｃダイヤモ
ンド膜１ではほぼ同等の値となっている。As shown in FIG. 4, for example, when the temperature is 30 ° C. (since the phonon scattering which hinders heat conduction is lower at lower temperatures, the measured value of the thermal conductivity at lower temperatures becomes higher. The thermal conductivity of the natural isotope ratio diamond films 1 and 2 is 20.5 W / cm · K, while that of the 12 C diamond films 1 and 2 is 27.5 W / cm · K.
It shows a remarkably high value of about cm · K. The values are almost the same for the 12 C diamond film 1 polished (20 μm) from the back side of the film.
【００３２】また、ダイヤモンド膜においてダイヤモン
ド結晶の成長方向では結晶が連続していることから基板
から垂直方向の熱伝導率は高いが、図２〜図３のとお
り、基板面すなわち膜裏面側から表面側に向けて粒径５
０μｍを超えたダイヤモンド結晶が急激に成長し、基板
面から垂直方向に膜厚１００μ程度のダイヤモンド膜が
形成されていることから、本ダイヤモンド膜の膜面に垂
直な方向でも高い熱伝導率を有していることは明らかで
ある。In the diamond film, the thermal conductivity in the vertical direction from the substrate is high because the crystal is continuous in the growth direction of the diamond crystal. However, as shown in FIGS. Particle size 5 toward the side
Since diamond crystals exceeding 0 μm grow rapidly and a diamond film having a thickness of about 100 μ is formed in a direction perpendicular to the substrate surface, it has high thermal conductivity even in a direction perpendicular to the film surface of the present diamond film. It is clear that you are doing.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明の高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜
は膜裏面から、または膜裏面の極く近傍から大きな結晶
として成長しており、膜面垂直方向だけでなく、膜面平
行方向に高い熱伝導率を有する。このため膜裏面からカ
ットする必要がなく、カットするにしても僅かにカット
するだけで各種用途に使用することができる。カットす
る場合にも、高々２０μｍ程度という僅かなカットで足
りるので、その作製上も非常に有利である。The high thermal conductivity 12 C diamond film of the present invention exhibits the film backside, or membrane and the close proximity of the rear surface to grow as large crystals, not only the direction perpendicular to the film surface, high direction parallel to the surfaces of the layer Has thermal conductivity. For this reason, it is not necessary to cut from the film back surface, and even if it cuts, it can be used for various uses only by cutting slightly. Also in the case of cutting, a slight cut of at most about 20 μm is sufficient, which is very advantageous in manufacturing.
【００３４】また、膜形成時における膜厚を従来のよう
に厚くする必要はないが、厚く形成してもよいことはも
ちろんである。この場合にも、基材面すなわち膜裏面か
ら、または膜裏面の極く近傍から大きな結晶として成長
しているので、形成された12Ｃダイヤモンド膜の実質上
全部を各種用途に使用することができる。Although it is not necessary to increase the film thickness at the time of film formation as in the prior art, it is a matter of course that the film may be formed thick. Also in this case, since the large crystal is grown from the substrate surface, that is, the film back surface or from the vicinity of the film back surface, substantially all of the formed 12 C diamond film can be used for various applications. .
【図１】本発明で適用し得るＲＦ熱プラズマＣＶＤ装置
の概略を示す図。FIG. 1 is a view schematically showing an RF thermal plasma CVD apparatus applicable to the present invention.
【図２】本発明に係る12Ｃダイヤモンド膜の縦断面ＳＥ
Ｍ（走査電子顕微鏡）写真（８００倍）。FIG. 2 is a longitudinal section SE of a 12 C diamond film according to the present invention.
M (scanning electron microscope) photograph (800 times).
【図３】図２のＳＥＭ写真における結晶粒径、結晶成長
の模様についての観察結果を模式的に示した図。FIG. 3 is a diagram schematically showing observation results of a crystal grain size and a crystal growth pattern in the SEM photograph of FIG. 2;
【図４】本発明に係る12Ｃダイヤモンド膜及び天然同位
体比ダイヤモンド膜（比較例膜）の熱伝導率（λ）をプ
ロットした図。FIG. 4 is a diagram plotting the thermal conductivity (λ) of a 12 C diamond film and a natural isotope ratio diamond film (comparative film) according to the present invention.
フロントページの続き (72)発明者 片岡 加寿弘 埼玉県所沢市山口106ー33 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB03 AB09 BA03 DB07 DB18 TA04 Continued on the front page (72) Inventor Kazuhiro Kataoka 106-33 Yamaguchi, Tokorozawa, Saitama F-term (reference) 4G077 AA03 AB03 AB09 BA03 DB07 DB18 TA04
Claims (7)
Ｃダイヤモンド膜であって、膜の裏面側ないしその極く
近傍から膜面垂直方向及び膜面平行方向に高熱伝導率を
有することを特徴とする高熱伝導性12Ｃダイヤモンド
膜。1. A formed by RF plasma CVD 12
C a diamond film, film of the back side to the high thermal conductivity 12 C diamond film, which has a direction perpendicular to the film surface and the film plane a high thermal conductivity in the direction parallel from its close proximity.
成された12Ｃダイヤモンド膜であって、膜の裏面側ない
しその極く近傍から膜面垂直方向及び膜面平行方向に高
熱伝導率を有することを特徴とする高熱伝導性12Ｃダイ
ヤモンド膜。2. A 12 C diamond film formed on the substrate surface by RF plasma CVD method, the back surface side to the high thermal conductivity from its close proximity to the direction perpendicular to the film surface and the film plane parallel membrane the high thermal conductivity 12 C diamond film, characterized in that it comprises.
９．９０％以上の12Ｃダイヤモンド膜である請求項１又
は２に記載の高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜。Wherein said 12 C diamond film is 12 C purification degree 9
9.90% or more 12 C diamond film in which claim 1 or 2 in high thermal conductivity 12 C diamond film according.
び水素を含む原料ガスを用い、ＲＦプラズマＣＶＤ法に
より基材面上に膜裏面ないしその極く近傍から大きな結
晶粒径の12Ｃダイヤモンド膜を形成することを特徴とす
る高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜の作製方法。4. Using a raw material gas containing a hydrocarbon gas and hydrogen were purified to isotopically 12 C, the large crystal grain size from the membrane back surface to its close proximity to the substrate surface by RF plasma CVD 12 the method for manufacturing a high thermal conductivity 12 C diamond film and forming a C diamond film.
結晶粒径の粒径を少なくとも１０μｍ以上とする請求項
４に記載の高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜の作製方法。Wherein said film back surface to a method for manufacturing a high thermal conductivity 12 C diamond film according to claim 4, at least 10μm or more diameter of large crystal grain size from its close proximity.
スの12Ｃへの純化度が９９．９０％以上である請求項４
又は５に記載の高熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜の作製方
法。6. The method of claim 4 purified degrees to 12 C hydrocarbon gas purified to the isotopically 12 C is not less than 99.90%
The method for manufacturing a high thermal conductivity 12 C diamond film according to or 5.
スがメタンである請求項４〜６の何れか１項に記載の高
熱伝導性12Ｃダイヤモンド膜の作製方法。7. The isotopically 12 manufacturing method of the high thermal conductivity 12 C diamond film according to any one of claims 4-6 hydrocarbon gas purification to C is methane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10344927A JP2000154092A (en) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | High heat conductivity 12c diamond film and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10344927A JP2000154092A (en) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | High heat conductivity 12c diamond film and its production |
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| JP2000154092A true JP2000154092A (en) | 2000-06-06 |
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| JP10344927A Pending JP2000154092A (en) | 1998-11-17 | 1998-11-17 | High heat conductivity 12c diamond film and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000154092A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009502705A (en) * | 2005-07-21 | 2009-01-29 | アポロ ダイヤモンド，インク | Separation of growing diamond from diamond seed mosaic |
-
1998
- 1998-11-17 JP JP10344927A patent/JP2000154092A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009502705A (en) * | 2005-07-21 | 2009-01-29 | アポロ ダイヤモンド，インク | Separation of growing diamond from diamond seed mosaic |
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