JPH0492894A - 高熱伝導性気相合成ダイヤモンド - Google Patents
高熱伝導性気相合成ダイヤモンドInfo
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
（ａ）産業上の利用分野
本発明は高出力のＩＣ，レーザーダイオード、インバッ
トダイオード等の熱の除去に有効なダイヤモンドヒート
シンクに用いる高熱伝導性気相合成ダイヤモンドに関す
る。
トダイオード等の熱の除去に有効なダイヤモンドヒート
シンクに用いる高熱伝導性気相合成ダイヤモンドに関す
る。
［ｂｌ従来の技術
ダイヤモンドは２２Ｗ／ｃｍ−にという物質中最も高い
熱伝導度を有しており、既にこの性質を利用してレーザ
ーダイオードやインバットダイオード等の高発熱素子の
安定な動作には欠くべからざる部品となっている。ダイ
ヤモンドの熱伝導度が大きいのはフォノンによる伝導機
構によっているが、強固な結晶のためにこの伝達速度が
大きいためである。
熱伝導度を有しており、既にこの性質を利用してレーザ
ーダイオードやインバットダイオード等の高発熱素子の
安定な動作には欠くべからざる部品となっている。ダイ
ヤモンドの熱伝導度が大きいのはフォノンによる伝導機
構によっているが、強固な結晶のためにこの伝達速度が
大きいためである。
これまでこのようなダイヤモンドの性質を利用できるの
は単結晶を超高圧技術で作製して初めて可能となってい
た。すなわち、焼結ダイヤモンドでは超高圧技術でも多
量の結合物質を入れる必要があり、高熱伝導率は実現で
きなかったからである。このような単結晶を用いている
限り、大きさや価格上の制限によって実用範囲が極めて
狭い領域に限定されてしまう。
は単結晶を超高圧技術で作製して初めて可能となってい
た。すなわち、焼結ダイヤモンドでは超高圧技術でも多
量の結合物質を入れる必要があり、高熱伝導率は実現で
きなかったからである。このような単結晶を用いている
限り、大きさや価格上の制限によって実用範囲が極めて
狭い領域に限定されてしまう。
ｔｃ＋発明が解決しようとする課題
人工合成ダイヤモンドは含有窒素量を一定量以下とする
ことによって、上述の高い熱伝導率に近いものを製造す
ることが出来る。熱伝導度をさらに向上させるためには
結晶格子に存在する原子量の異なる原子の存在を減少さ
ることが必要である。
ことによって、上述の高い熱伝導率に近いものを製造す
ることが出来る。熱伝導度をさらに向上させるためには
結晶格子に存在する原子量の異なる原子の存在を減少さ
ることが必要である。
天然の炭素は約１％の１ｓＣを含んでおり、これも不純
物としてフォノンの散乱を起こし、熱伝導度の低下の原
因となっていることが知られている。
物としてフォノンの散乱を起こし、熱伝導度の低下の原
因となっていることが知られている。
ダイヤモンドの熱伝導度にとっては他の不純物原子の存
在も重要な要因となるために、これらの含有量も最小限
とする必要がある。
在も重要な要因となるために、これらの含有量も最小限
とする必要がある。
ダイヤモンドの気相合成技術はダイヤモンドの利用方法
を根本的に変革する技術として注目を集めている。従来
の超高圧技術では粒子状のダイヤモンドしか出来なかっ
たのに対して、気相合成技術では膜状のダイヤモンドを
得る事が可能である。
を根本的に変革する技術として注目を集めている。従来
の超高圧技術では粒子状のダイヤモンドしか出来なかっ
たのに対して、気相合成技術では膜状のダイヤモンドを
得る事が可能である。
また、大きな面積や平面以外の形状にも形成できる。こ
れまで報告されてきた気相合成ダイヤモンドの性質は、
はぼ純粋なダイヤモンドである■ａ型のダイヤモンドと
同じとされている。しかし、熱伝導率に関しては１６Ｗ
／Ｃｍ−に以下であると報告されている。この原因は通
常ではｌｓＣが１％程度混入していることと、ダイヤモ
ンド以外の相が混入していることである。後者について
は極微量のグラファイト相もラマン分光法によってその
存在を評価することが可能である。
れまで報告されてきた気相合成ダイヤモンドの性質は、
はぼ純粋なダイヤモンドである■ａ型のダイヤモンドと
同じとされている。しかし、熱伝導率に関しては１６Ｗ
／Ｃｍ−に以下であると報告されている。この原因は通
常ではｌｓＣが１％程度混入していることと、ダイヤモ
ンド以外の相が混入していることである。後者について
は極微量のグラファイト相もラマン分光法によってその
存在を評価することが可能である。
（ｄｉ課題を解決するための手段
気相合成技術によるダイヤモンドの作製に当たり、反応
ガスの中の炭素を１２ＣもしくはｌｓＣのどちらかとす
る。これはメタンに代表される原料ガスをどちらかの同
位体のみとなるように精製されたものとすることである
が、９９．９％以上の純度とすることが必要である。
ガスの中の炭素を１２ＣもしくはｌｓＣのどちらかとす
る。これはメタンに代表される原料ガスをどちらかの同
位体のみとなるように精製されたものとすることである
が、９９．９％以上の純度とすることが必要である。
また、格子中に入り込める元素として窒素原子の混入を
制限する必要があるか、従来のダイヤモンドより有意に
高い熱伝導を得る為には異相の存在をも限定するために
、反応ガス中の窒素濃度を限定することを考えるに至っ
た。発明者らはこの限度について実験により確認したと
ころ、窒素の含有量が２０ｐｐｍ以下であることを発見
した。
制限する必要があるか、従来のダイヤモンドより有意に
高い熱伝導を得る為には異相の存在をも限定するために
、反応ガス中の窒素濃度を限定することを考えるに至っ
た。発明者らはこの限度について実験により確認したと
ころ、窒素の含有量が２０ｐｐｍ以下であることを発見
した。
合成したダイヤモンドはグラファイト相がないことか好
ましいが、既出願（特願平１−５１４８６）に示される
ようにグラファイト／ダイヤモンドのピーク比が０．０
５以下であるようであれば高熱伝導度が得られる。
ましいが、既出願（特願平１−５１４８６）に示される
ようにグラファイト／ダイヤモンドのピーク比が０．０
５以下であるようであれば高熱伝導度が得られる。
（ｅ１作用
上記のような条件で作製したダイヤモンド膜はｌ１ＩＣ
やＳＳＣの純度は９９．９％以上であり、Ｎの含有量は
数ｐｐｍ以下となる。このように高純度のダイヤモンド
膜を形成できることから、高熱伝導度のダイヤモンドが
得られる。
やＳＳＣの純度は９９．９％以上であり、Ｎの含有量は
数ｐｐｍ以下となる。このように高純度のダイヤモンド
膜を形成できることから、高熱伝導度のダイヤモンドが
得られる。
１ＩＣと１１０ではフォノンエネルギーの観点から１２
０が好ましいと考えられるが、いずれの場合にも従来の
純粋なダイヤモンド（ＩＩａ型）よりも有意に高熱伝導
率であることがわかった。
０が好ましいと考えられるが、いずれの場合にも従来の
純粋なダイヤモンド（ＩＩａ型）よりも有意に高熱伝導
率であることがわかった。
以上のような高熱伝導性気相合成ダイヤモンドは熱伝導
率が２５Ｗ／Ｃｍ−に以上の値を有し、高出力のＩＣ，
レーザーダイオード、インバットダイオード等の熱除去
に極めて有効であることがわかった。
率が２５Ｗ／Ｃｍ−に以上の値を有し、高出力のＩＣ，
レーザーダイオード、インバットダイオード等の熱除去
に極めて有効であることがわかった。
（ｆ）実施例
実施例１
９９．９５％の”Ｃよりなるメタンガスを原料にして、
公知のマイクロ波プラズマＣＶＤを用いてダイヤモンド
膜を形成した。このときメタン、水素の純度は９吐 ９
９９９％及び９９．９９９９９％であった。反応ガスの
中に含まれる窒素の量をガスクロマトグラフィーで精密
に測定したところ、窒素の含有量は８ｐｐｍであった。
公知のマイクロ波プラズマＣＶＤを用いてダイヤモンド
膜を形成した。このときメタン、水素の純度は９吐 ９
９９９％及び９９．９９９９９％であった。反応ガスの
中に含まれる窒素の量をガスクロマトグラフィーで精密
に測定したところ、窒素の含有量は８ｐｐｍであった。
メタンと水素の比率を１：１００としてダイヤモンド砥
粒で傷を付けたシリコンウェハーを基板として５００時
間の合成で約５００μｍの厚さのダイヤモンド膜を作製
した。酸によって基板を除去した後で研磨加工によって
３００μｍの厚さとした。
粒で傷を付けたシリコンウェハーを基板として５００時
間の合成で約５００μｍの厚さのダイヤモンド膜を作製
した。酸によって基板を除去した後で研磨加工によって
３００μｍの厚さとした。
この膜の熱伝導率を測定したところ３０Ｗ／ｃｍ−にで
あった。
あった。
実施例２
実施例１と同様にして１２０の含有量を表１としたメタ
ンガスを使用してダイヤモンド膜を作製した。この膜の
熱伝導率を表１に示す。
ンガスを使用してダイヤモンド膜を作製した。この膜の
熱伝導率を表１に示す。
！２０の含有率（％） 熱伝導率（Ｗ／ｃｍ４）９９
．５ １６ ９９．８ １８ ９９．９ ２５ ９９．９２ ２９ ９９．９５ ３０ ９９、 ９９ ３３５実施例３ 実施例１と同様にして９９．９５％の”Ｃ炭素を含むメ
タンガスから表２のような窒素含有量の原料ガスとして
ダイヤモンド膜を作製した。得られたダイヤモンドの熱
伝導度を表２に示す。
．５ １６ ９９．８ １８ ９９．９ ２５ ９９．９２ ２９ ９９．９５ ３０ ９９、 ９９ ３３５実施例３ 実施例１と同様にして９９．９５％の”Ｃ炭素を含むメ
タンガスから表２のような窒素含有量の原料ガスとして
ダイヤモンド膜を作製した。得られたダイヤモンドの熱
伝導度を表２に示す。
窒素含有量（ｓ＋ｐｍ） 熱伝導率（Ｗ／ｃｍ−Ｋ
）実施例４ 公知の熱フイラメントＣＶＤ法によって９９゜９２％の
ＩＢＣを含有するメタンガスからダイヤモンド膜を形成
した。この場合フィラメントはタングステンを線の０．
２ｍｍΦを使用して、フィラメント温度は２０８０℃と
して基板温度９５０℃に保持した。反応ガス中の窒素の
含有量は１０ｐｐｍであった。メタン濃度１．２％で６
００時間の合成で４５０μｍの膜を作製して、基板除去
後に研磨加工で３００μｍの厚さとした。この膜の熱伝
導率は２５Ｗ／Ｃｍ−にであった。
）実施例４ 公知の熱フイラメントＣＶＤ法によって９９゜９２％の
ＩＢＣを含有するメタンガスからダイヤモンド膜を形成
した。この場合フィラメントはタングステンを線の０．
２ｍｍΦを使用して、フィラメント温度は２０８０℃と
して基板温度９５０℃に保持した。反応ガス中の窒素の
含有量は１０ｐｐｍであった。メタン濃度１．２％で６
００時間の合成で４５０μｍの膜を作製して、基板除去
後に研磨加工で３００μｍの厚さとした。この膜の熱伝
導率は２５Ｗ／Ｃｍ−にであった。
（ｇ１発明の効果
以上のように厳密に不純物の混入を制限したダイヤモン
ドは気相合成法であれば作製が可能である。プラズマＣ
ＶＤ、熱フィラメントＣＶＤ、プラズマジェット法、火
炎法などの公知の技術で対応が可能である。ただし、プ
ラグ、フジエツト法や火炎法においては空気中で合成す
ることは窒素の含有を制御できないために適当ではない
。
ドは気相合成法であれば作製が可能である。プラズマＣ
ＶＤ、熱フィラメントＣＶＤ、プラズマジェット法、火
炎法などの公知の技術で対応が可能である。ただし、プ
ラグ、フジエツト法や火炎法においては空気中で合成す
ることは窒素の含有を制御できないために適当ではない
。
これらの気相合成技術に用いる原料ガスは特許請求の範
囲を満足すれば問題はなく、メタン、エタン、アセチレ
ン、アルコール、ケトン、ベンゼン、Ｃｏ、ＣＣｌ２等
の炭素含有ガスは原料とじての効果に変わりはない。
囲を満足すれば問題はなく、メタン、エタン、アセチレ
ン、アルコール、ケトン、ベンゼン、Ｃｏ、ＣＣｌ２等
の炭素含有ガスは原料とじての効果に変わりはない。
また、高純度のダイヤモンド膜を形成する手段として一
般的な酸素あるいは水等を反応ガスに添加することも本
発明の効果を利用するのに有効である。
般的な酸素あるいは水等を反応ガスに添加することも本
発明の効果を利用するのに有効である。
このような高熱伝導度を利用するには以下の３つの方法
が考えられる。
が考えられる。
■多結晶のダイヤモンドを形成してこれを基板から除去
して使用する ■高放熱性の金属、セラミックスの上に多結晶ダイヤモ
ンド膜を形成し使用する。
して使用する ■高放熱性の金属、セラミックスの上に多結晶ダイヤモ
ンド膜を形成し使用する。
■従来の単結晶ダイヤモンドの上に形成して使用する。
Claims (1)
- （１）気相合成技術を用いてダイヤモンド膜を形成する
に際しその反応ガスは、炭素の９９．９％以上が炭素の
同位体である＾１＾２Ｃもしくは＾１＾８Ｃで、窒素の
含有量が２０ｐｐｍ以下であることを特徴とする高熱伝
導性気相合成ダイヤモンド。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20697690A JPH0492894A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 高熱伝導性気相合成ダイヤモンド |
| EP19910113034 EP0469626B1 (en) | 1990-08-03 | 1991-08-02 | Chemical vapor deposition method of high quality diamond |
| DE1991629314 DE69129314T2 (de) | 1990-08-03 | 1991-08-02 | CVD-Verfahren zur Herstellung von Diamant |
| ZA916142A ZA916142B (en) | 1990-08-03 | 1991-08-05 | Chemical vapor deposition method of high quality diamond |
| US08/115,783 US6162412A (en) | 1990-08-03 | 1993-09-03 | Chemical vapor deposition method of high quality diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20697690A JPH0492894A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 高熱伝導性気相合成ダイヤモンド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0492894A true JPH0492894A (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=16532116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20697690A Pending JPH0492894A (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 高熱伝導性気相合成ダイヤモンド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0492894A (ja) |
| ZA (1) | ZA916142B (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009502705A (ja) * | 2005-07-21 | 2009-01-29 | アポロ ダイヤモンド，インク | ダイヤモンド種モザイクからの成長ダイヤモンドの分離 |
| WO2013031907A1 (ja) | 2011-09-02 | 2013-03-07 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2013514959A (ja) * | 2009-12-22 | 2013-05-02 | エレメント シックス リミテッド | 合成ｃｖｄダイヤモンド |
| JP2014148463A (ja) * | 2005-04-15 | 2014-08-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP20697690A patent/JPH0492894A/ja active Pending
-
1991
- 1991-08-05 ZA ZA916142A patent/ZA916142B/xx unknown
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014148463A (ja) * | 2005-04-15 | 2014-08-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| JP2009502705A (ja) * | 2005-07-21 | 2009-01-29 | アポロ ダイヤモンド，インク | ダイヤモンド種モザイクからの成長ダイヤモンドの分離 |
| JP2013514959A (ja) * | 2009-12-22 | 2013-05-02 | エレメント シックス リミテッド | 合成ｃｖｄダイヤモンド |
| WO2013031907A1 (ja) | 2011-09-02 | 2013-03-07 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
| US9725826B2 (en) | 2011-09-02 | 2017-08-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Single-crystal diamond and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA916142B (en) | 1992-05-27 |
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