JP2534081Y2 - Artificial diamond deposition equipment - Google Patents

Artificial diamond deposition equipment

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JP2534081Y2 JP2665391U JP2665391U JP2534081Y2 JP 2534081 Y2 JP2534081 Y2 JP 2534081Y2 JP 2665391 U JP2665391 U JP 2665391U JP 2665391 U JP2665391 U JP 2665391U JP 2534081 Y2 JP2534081 Y2 JP 2534081Y2
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reaction gas
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reaction chamber
substrate
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寿彦 岡村
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この考案は、結晶性のよい人工ダ
イヤモンドを析出させることができるワークホルダを具
備する人工ダイヤモンド析出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an artificial diamond depositing apparatus having a work holder capable of depositing an artificial diamond having good crystallinity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、人工ダイヤモンドの析出生成方法
として多数の方法が提案され実用に供されているが、中
でもマイクロ波共振器(高エネルギー体)により反応室
内にマイクロ波無極放電域を形成し、この放電域におい
て反応ガスを分解させて基板等の被処理材の表面に人工
ダイヤモンドを析出させる方法は、比較的簡単な装置で
安定した人工ダイヤモンド膜を高速で成膜することがで
きることから、特に注目されている方法である。
2. Description of the Related Art Conventionally, many methods have been proposed and put to practical use as a method of depositing and producing artificial diamond. Among them, a microwave non-polar discharge region is formed in a reaction chamber by a microwave resonator (high energy material). The method of decomposing a reaction gas in this discharge region to deposit artificial diamond on the surface of a material to be processed such as a substrate is capable of forming a stable artificial diamond film at a high speed with a relatively simple apparatus. This is a particularly noteworthy method.

【0003】上記の方法は、例えば、図5に示す様な人
工ダイヤモンド析出装置(以下、単に析出装置と略称す
る)1を用いて行われる。この析出装置1は、基板(被
処理材)2にダイヤモンドを析出させるための石英製の
反応室3と、該反応室3に主としてCH4,C24等の
炭化水素と該炭化水素のキャリアガスとなるH2ガスと
で構成される反応ガスGを導入するアルミナ製の反応ガ
ス導入管4と、前記反応室3から反応ガスGを排出する
反応ガス排出管5とから概略構成されている。
The above-mentioned method is carried out, for example, using an artificial diamond depositing apparatus (hereinafter simply referred to as a depositing apparatus) 1 as shown in FIG. The deposition apparatus 1 includes a reaction chamber 3 made of quartz for depositing diamond on a substrate (material to be processed) 2, and a hydrocarbon such as CH 4 and C 2 H 4 and a hydrocarbon A reaction gas introduction pipe 4 made of alumina for introducing a reaction gas G composed of H 2 gas serving as a carrier gas, and a reaction gas discharge pipe 5 for discharging the reaction gas G from the reaction chamber 3. I have.

【0004】反応室3には、制御機構6により制御さ
れ、該反応室3内を上下方向に移動自在かつ任意の位置
に固定自在なる昇降装置8が設けられており、該昇降装
置8の上部8aには複数の基板2,…を支持するための
Mo製のワークホルダ9が固定されている。また、この
ワークホルダ9の下面には熱電対10が取り付けられて
いる。
The reaction chamber 3 is provided with an elevating device 8 which is controlled by a control mechanism 6 and is movable vertically in the reaction chamber 3 and can be fixed at an arbitrary position. A work holder 9 made of Mo for supporting a plurality of substrates 2 is fixed to 8a. A thermocouple 10 is attached to the lower surface of the work holder 9.

【0005】また、この反応室3には、該反応室3内の
上部位置にワークホルダ9を移動したときに、この上に
支持された基板2の表面2aと対向する所定間隔上方の
位置にマイクロ波無極放電域3a(放電域)を形成する
ためのマイクロ波共振器11が水平に設けられている。
また、この反応室3の周囲には該反応室3を所定温度に
加熱するための電気炉12が配設されている。
When the work holder 9 is moved to an upper position in the reaction chamber 3, the reaction chamber 3 is located at a position above a predetermined distance facing the surface 2 a of the substrate 2 supported thereon. Form microwave non-polar discharge area 3a (discharge area)
Microwave resonator 11 for are provided horizontally.
Further, an electric furnace 12 for heating the reaction chamber 3 to a predetermined temperature is provided around the reaction chamber 3.

【0006】次に、この析出装置1を用いて基板2の表
面2aにダイヤモンドを成膜する方法について説明す
る。まず、反応ガス導入管4により反応ガスGを反応室
3内に導入し、この反応ガスGをマイクロ波無極放電域
3aからワークホルダ9に向かう様に垂直に流下させ、
反応ガス排出管5により反応室3の外方へ排出させる。
Next, a method of forming a diamond film on the surface 2a of the substrate 2 using the deposition apparatus 1 will be described. First, the reaction gas G is introduced into the reaction chamber 3 through the reaction gas introduction pipe 4, and the reaction gas G is caused to flow vertically from the microwave non-polar discharge region 3a toward the work holder 9,
The reaction gas is discharged to the outside of the reaction chamber 3 through the reaction gas discharge pipe 5.

【0007】この間、反応室3内の雰囲気圧力を10〜
300torrに保持しながらマイクロ波共振器11に
より周波数2.45GHz、500Wの出力でマイクロ
波無極放電域3aにマイクロ波無極放電を発生させ、反
応ガスGの加熱活性化を図るとともに、所定間隔下方に
配置された基板2の表面2aの温度を電気炉12を用い
て800〜1000℃の範囲内で保ち、この状態で反応
ガスGを熱分解させて基板2の表面2aに人工ダイヤモ
ンドを析出させる。
During this time, the atmospheric pressure in the reaction chamber 3 is increased from 10 to
While maintaining the pressure at 300 torr, a microwave non-polar discharge is generated in the microwave non-polar discharge region 3a by the microwave resonator 11 at an output of a frequency of 2.45 GHz and 500 W to activate the heating of the reaction gas G and at a predetermined interval downward. The temperature of the surface 2a of the placed substrate 2 is maintained within the range of 800 to 1000 ° C. using the electric furnace 12, and in this state, the reaction gas G is thermally decomposed to deposit artificial diamond on the surface 2a of the substrate 2.

【0008】この場合、反応ガスGはマイクロ波無極放
電により分解されて活性化された遊離炭素(C)とな
り、基板2の上方からワークホルダ9の周囲に向かって
流れ、この活性化された遊離炭素が基板2の表面2aに
速やかに推積し、該表面2aにグラファイト構造とダイ
ヤモンド構造が混在して形成される。ここでは、グラフ
ァイト構造の方が弱い構造であるから反応ガスGの分解
時に生成される原子状の水素(H)により表面2aから
選択的に除去されダイヤモンド構造のみが残ることとな
る。
In this case, the reactive gas G is decomposed by the microwave non-polar discharge to become activated free carbon (C), flows from above the substrate 2 toward the periphery of the work holder 9, and Carbon is rapidly deposited on the surface 2a of the substrate 2, and a graphite structure and a diamond structure are formed on the surface 2a in a mixed manner. Here, since the graphite structure is a weaker structure, it is selectively removed from the surface 2a by atomic hydrogen (H) generated when the reaction gas G is decomposed, leaving only the diamond structure.

【0009】ダイヤモンドが析出された基板2は、昇降
装置8により下方に所定距離移動され自然冷却される。
The substrate 2 on which the diamond has been deposited is moved downward by a predetermined distance by the elevating device 8 and naturally cooled.

【0010】[0010]

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
析出装置1には次の様な欠点があった。すなわち、図6
に示すように、マイクロ波無極放電域3aからワークホ
ルダ9に向かう反応ガスGの流れは、ワークホルダ9を
通り抜けることができないために、ワークホルダ9の周
囲13に向いこの周囲13から下方に流下することとな
り、活性化された遊離炭素は、中央部の基板2より外側
の基板2により多く堆積することとなる。したがって、
外側に配置された基板2の表面2aでは遊離炭素が速や
かに推積されて弱い結合のグラファイト構造は反応ガス
Gの分解時に生成される原子状の水素により表面2aか
ら選択的に除去され良好な人工ダイヤモンドを析出する
ことができるが、中央部に配置された基板2の表面2a
では反応ガスGの流れが弱いために該基板2の表面2a
に推積される遊離炭素量が少なく、グラファイト構造を
選択除去することもできない等、様々な問題が生じるこ
ととなる。したがって、良好な人工ダイヤモンドは外側
に配置された基板2にしか析出されず、製品歩留まりが
極めて悪いという欠点があった。
However, the above-mentioned deposition apparatus 1 has the following disadvantages. That is, FIG.
As shown in the figure, since the flow of the reaction gas G from the microwave non-polar discharge region 3a to the work holder 9 cannot pass through the work holder 9, it flows toward the periphery 13 of the work holder 9 and flows downward from the periphery 13. As a result, more activated free carbon is deposited on the outer substrate 2 than on the central substrate 2. Therefore,
Free carbon is quickly accumulated on the surface 2a of the substrate 2 disposed outside, and the graphite structure having a weak bond is selectively removed from the surface 2a by atomic hydrogen generated when the reaction gas G is decomposed. An artificial diamond can be deposited, but the surface 2a of the substrate 2 disposed at the center is
In this case, the surface 2a of the substrate 2 is
There are various problems, such as a small amount of free carbon deposited on the graphite and the graphite structure cannot be selectively removed. Therefore, a good artificial diamond is deposited only on the substrate 2 disposed on the outside, and there is a disadvantage that the product yield is extremely poor.

【0011】人工ダイヤモンドを析出させるには、かな
りの反応時間を必要とするものであるから、上記の製品
歩留まりの低下は装置の効率を著るしく低下させること
となる。
Since a considerable reaction time is required to deposit the artificial diamond, the above-described reduction in the product yield significantly reduces the efficiency of the apparatus.

【0012】この考案は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、以上の欠点を有効に解決することができ
る析出装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a deposition apparatus capable of effectively solving the above-mentioned disadvantages.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この考案は次の様な析出装置を採用した。すなわ
ち、被処理材にダイヤモンドを析出させるための反応室
と、該反応室に反応ガスを導入する反応ガス導入管と、
前記反応室から反応ガスを排出する反応ガス排出管と、
前記被処理材を支持するワークホルダと、前記ワークホ
ルダに支持される前記被処理材の表面と対向する位置に
放電域が設けられたマイクロ波共振器とを具備してなる
人工ダイヤモンド析出装置において、前記ワークホルダ
には、複数の孔が形成されてなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following deposition apparatus. That is, a reaction chamber for depositing diamond on the material to be processed, a reaction gas introduction pipe for introducing a reaction gas into the reaction chamber,
A reaction gas discharge pipe for discharging a reaction gas from the reaction chamber;
A workpiece holder for supporting said workpiece, said Wakuho
At a position facing the surface of the workpiece to be processed
In an artificial diamond deposition apparatus including a microwave resonator provided with a discharge region , a plurality of holes are formed in the work holder.

【0014】[0014]

【作用】この考案の析出装置では、放電域からワークホ
ルダに向かう反応ガスの流れは、ワークホルダの孔を通
過し流下する。ワークホルダ上の反応ガスの流れは一方
の均一な層流となり、放電域により分解されて生成し
た活性化された遊離炭素は、ワークホルダに保持された
被処理材の表面に均一に堆積する。
In the deposition apparatus of the present invention, the flow of the reaction gas from the discharge region to the work holder flows down through the hole of the work holder. Flow of the reaction gas on the workpiece holder on the other hand
The activated free carbon generated by being decomposed by the discharge region is uniformly deposited on the surface of the workpiece held by the work holder.

【0015】[0015]

【実施例】以下、この考案の実施例について図面を基に
説明する。この考案の析出装置21は、従来例で説明し
た析出装置1の構成要素であるワークホルダ9を改良し
たものであり、この改良したワークホルダ以外の構成要
素については同一の番号を付し、説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The deposition apparatus 21 of the present invention is obtained by improving the work holder 9 which is a component of the deposition apparatus 1 described in the conventional example. Components other than the improved work holder are denoted by the same reference numerals. Is omitted.

【0016】図2に示す様に、ワークホルダ22は、円
形状の石英板23の周囲を除く部分にMo製の網(複数
の孔)24が形成されたものである。
As shown in FIG. 2, the work holder 22 is formed by forming a Mo net (a plurality of holes) 24 in a portion other than the periphery of a circular quartz plate 23.

【0017】次に、このワークホルダ22の作用につい
て図1を参照して説明する。反応室3に導入された反応
ガスGは、マイクロ波無極放電域3a(放電域)の上方
からワークホルダ22に向い、該ワークホルダ22の網
24を通過して流下する。
Next, the operation of the work holder 22 will be described with reference to FIG. The reaction gas G introduced into the reaction chamber 3 flows toward the work holder 22 from above the microwave non-polar discharge region 3a (discharge region) , and flows down through the net 24 of the work holder 22.

【0018】この間、反応ガスGはマイクロ波無極放電
域3aにおいてマイクロ波無極放電により分解されて遊
離炭素(C)となり、この遊離炭素を含む反応ガスGの
流れは、ワークホルダ22に向かう均一な層流となり、
ワークホルダ22に保持された基板2の表面2aに均一
かつ速やかに推積することとなり、弱い結合のグラファ
イト構造は反応ガスGの分解時に生成される原子状の水
素により表面2aから選択的に除去され極めて結晶性の
よい人工ダイヤモンドが析出する。
During this time, the reaction gas G is decomposed by the microwave non-polar discharge in the microwave non-polar discharge region 3a to become free carbon (C). The flow of the reaction gas G containing the free carbon is uniform toward the work holder 22. It becomes laminar,
The graphite structure having a weak bond is selectively removed from the surface 2a by the atomic hydrogen generated when the reaction gas G is decomposed, because the graphite structure is uniformly and quickly deposited on the surface 2a of the substrate 2 held by the work holder 22. As a result, an artificial diamond having extremely high crystallinity is deposited.

【0019】いま、上記のワークホルダ22を用い、 反応ガス組成:容量割合でH2/CH4=1000cc/min/8cc/min マイクロ波無極放電域3aと基板2の表面2aとの距離:5mm 反応室3内の雰囲気圧力:20torr マイクロ波共振器11の出力:周波数2.45GHz、500W 反応時間:5時間 冷却:自然冷却(炉冷) の条件で人工ダイヤモンドの析出を行ったところ、基板
2の表面2aには、平均膜厚4μmの人工ダイヤモンド
膜が均一に形成された。また、ワークホルダ21に保持さ
れた基板2の全てに均一な人工ダイヤモンド膜が形成さ
れており、従来と比べて製品の歩留まりが大幅に向上す
ることがわかった。
Now, using the above-mentioned work holder 22, the distance between the microwave non-polar discharge region 3a and the surface 2a of the substrate 2 is 5 mm in terms of the reaction gas composition: H 2 / CH 4 = 1000 cc / min / 8 cc / min in volume ratio. Atmospheric pressure in reaction chamber 3: 20 torr Output of microwave resonator 11: frequency 2.45 GHz, 500 W Reaction time: 5 hours Cooling: When artificial diamond was deposited under the condition of natural cooling (furnace cooling), substrate 2 An artificial diamond film having an average thickness of 4 μm was uniformly formed on the surface 2a of the sample. In addition, a uniform artificial diamond film was formed on all of the substrates 2 held by the work holder 21, and it was found that the product yield was significantly improved as compared with the related art.

【0020】以上説明した様に、この考案の析出装置に
よれば、ワークホルダ22は円形状の石英板23の周囲
を除く部分にMo製の網24が形成されているので、遊
離炭素を含む反応ガスGの流れは、ワークホルダ22に
向かう均一な層流となり、前記遊離炭素をワークホルダ
22に保持された基板2の表面2aに均一かつ速やかに
推積させることができ、弱い結合のグラファイト構造は
原子状水素により選択的に除去され極めて結晶性のよい
人工ダイヤモンドを析出させることができる。したがっ
てワークホルダ22に保持された全ての基板2の表面2
aに均一に人工ダイヤモンドを成膜させることができ、
製品歩留まりを大巾に向上させることができる。
As described above, according to the deposition apparatus of the present invention, since the work holder 22 is formed with the Mo net 24 except for the periphery of the circular quartz plate 23, the work holder 22 contains free carbon. The flow of the reaction gas G becomes a uniform laminar flow toward the work holder 22, and the free carbon can be uniformly and quickly deposited on the surface 2 a of the substrate 2 held by the work holder 22. The structure is selectively removed by atomic hydrogen, and an artificial diamond having extremely high crystallinity can be deposited. Therefore, the surfaces 2 of all the substrates 2 held by the work holder 22
a, an artificial diamond film can be uniformly formed on
The product yield can be greatly improved.

【0021】図3のワークホルダ31も、前記ワークホ
ルダ21と同様に従来例のワークホルダ9を改良したも
のである。このワークホルダ31は、円形状の石英板3
2の周囲を除く部分にパンチングにより格子(複数の
孔)33が形成されたものである。このワークホルダ3
1においても、前記ワークホルダ21と全く同一の作
用、効果を有する。
The work holder 31 shown in FIG. 3 is a modification of the work holder 9 of the prior art, like the work holder 21. The work holder 31 has a circular quartz plate 3.
A grid (a plurality of holes) 33 is formed by punching in a portion except for the periphery of 2. This work holder 3
1 has exactly the same operation and effect as the work holder 21.

【0022】図4のワークホルダ41も、前記ワークホ
ルダ21,31と同様に従来例のワークホルダ9を改良
したものである。このワークホルダ41は、円形状の石
英板42の周囲を除く部分にパンチングにより複数の孔
43,…が形成されたものである。このワークホルダ4
1においても、前記ワークホルダ21,31と全く同一
の作用、効果を有する。
The work holder 41 shown in FIG. 4 is an improvement of the conventional work holder 9 like the work holders 21 and 31. This work holder 41 has a plurality of holes 43,... Formed by punching in a portion excluding the periphery of a circular quartz plate. This work holder 4
1 has the same functions and effects as those of the work holders 21 and 31.

【0023】[0023]

【考案の効果】以上説明した様に、この考案の析出装置
によれば、ワークホルダに複数の孔が形成されてなるこ
ととしたので、遊離炭素を含む反応ガスの流れは、ワー
クホルダに向かう均一な層流となり、前記遊離炭素をワ
ークホルダに保持された前記被処理材の表面に均一かつ
速やかに堆積させることができ、弱い結合のグラファイ
ト構造は選択的に除去され極めて結晶性のよい人工ダイ
ヤモンドを析出させることができる。したがってワーク
ホルダに保持された全ての被処理材の表面に均一に人工
ダイヤモンドを成膜させることができ、製品歩留まりを
大巾に向上させることができる。
As described above, according to the deposition apparatus of the present invention , a plurality of holes are formed in the work holder.
Therefore, the flow of the reaction gas containing free carbon becomes a uniform laminar flow toward the work holder, and the free carbon can be uniformly and rapidly deposited on the surface of the material to be processed held by the work holder. As a result, the graphite structure having a weak bond is selectively removed, and an artificial diamond having extremely high crystallinity can be deposited. Therefore, artificial diamond can be uniformly formed on the surfaces of all the materials to be processed held by the work holder, and the product yield can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案の析出装置の反応ガスの流れを示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a flow of a reaction gas in a deposition apparatus of the present invention.

【図2】本考案の析出装置のワークホルダの一例を示す
全体斜視図である。
FIG. 2 is an overall perspective view showing an example of a work holder of the deposition apparatus of the present invention.

【図3】本考案の析出装置のワークホルダの一例を示す
全体斜視図である。
FIG. 3 is an overall perspective view showing an example of a work holder of the deposition apparatus of the present invention.

【図4】本考案の析出装置のワークホルダの一例を示す
全体斜視図である。
FIG. 4 is an overall perspective view showing an example of a work holder of the deposition apparatus of the present invention.

【図5】従来の析出装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a conventional deposition apparatus.

【図6】従来の析出装置の反応ガスの流れを示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a flow of a reaction gas in a conventional deposition apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 人工ダイヤモンド析出装置 2 基板(被処理材) 2a 表面 3 反応室 3a マイクロ波無極放電域 4 反応ガス導入管 5 反応ガス排出管 6 制御機構 8 昇降装置 9 ワークホルダ 10 熱電対 11 マイクロ波共振器(高エネルギー体) 12 電気炉 22 ワークホルダ 23 石英板 24 網(複数の孔) 31 ワークホルダ 32 石英板 33 格子(複数の孔) 41 ワークホルダ 42 石英板 43 孔 Reference Signs List 21 artificial diamond deposition apparatus 2 substrate (material to be processed) 2a surface 3 reaction chamber 3a microwave non-polar discharge area 4 reaction gas introduction pipe 5 reaction gas discharge pipe 6 control mechanism 8 lifting apparatus 9 work holder 10 thermocouple 11 microwave resonator (High Energy Body) 12 Electric Furnace 22 Work Holder 23 Quartz Plate 24 Mesh (Plural Holes) 31 Work Holder 32 Quartz Plate 33 Grid (Plural Holes) 41 Work Holder 42 Quartz Plate 43 Hole

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 被処理材にダイヤモンドを析出させるた
めの反応室と、該反応室に反応ガスを導入する反応ガス
導入管と、前記反応室から反応ガスを排出する反応ガス
排出管と、 前記被処理材を支持するワークホルダと、前記ワークホルダに支持される前記被処理材の表面と対
向する位置に放電域が設けられたマイクロ波共振器と
具備してなる人工ダイヤモンド析出装置において、 前記ワークホルダには、複数の孔が形成されてなること
を特徴とする人工ダイヤモンド析出装置。
1. A reaction chamber for depositing diamond on a material to be processed, a reaction gas introduction pipe for introducing a reaction gas into the reaction chamber, a reaction gas discharge pipe for discharging a reaction gas from the reaction chamber, A work holder that supports the material to be processed, and a work holder that supports the surface of the material to be processed that is supported by the work holder .
An artificial diamond deposition device comprising: a microwave resonator having a discharge region provided at a position facing the artificial diamond deposition device; wherein the work holder has a plurality of holes formed therein.
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