JPH06212428A - Formation of diamond coating on metal surface - Google Patents
Formation of diamond coating on metal surfaceInfo
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- JPH06212428A JPH06212428A JP2352193A JP2352193A JPH06212428A JP H06212428 A JPH06212428 A JP H06212428A JP 2352193 A JP2352193 A JP 2352193A JP 2352193 A JP2352193 A JP 2352193A JP H06212428 A JPH06212428 A JP H06212428A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属表面にダイヤモン
ド被覆を形成する方法に関するものである。さらに詳し
くいえば本発明は、金属表面をスクラッチ処理すること
なく、その上に強固に結合したダイヤモンド被覆を形成
させる方法に関するものである。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a diamond coating on a metal surface. More specifically, the present invention relates to a method of forming a strongly bonded diamond coating on a metal surface without scratching the surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ダイヤモンドの気相合成法としては、イ
オンビーム蒸着法、イオン化蒸着法、イオンビームスパ
ッタ法、イオン注入法のような物理蒸着法や、熱化学蒸
着法、熱フィラメント化学蒸着法、高周波プラズマ化学
蒸着法、マイクロ波プラズマ化学蒸着法、直流プラズマ
化学蒸着法などの化学蒸着法が知られている。2. Description of the Related Art Diamond vapor phase synthesis methods include physical vapor deposition methods such as ion beam vapor deposition, ionization vapor deposition, ion beam sputtering, and ion implantation, thermochemical vapor deposition, hot filament chemical vapor deposition, Chemical vapor deposition methods such as a high frequency plasma chemical vapor deposition method, a microwave plasma chemical vapor deposition method and a direct current plasma chemical vapor deposition method are known.
【０００３】ところで、これらの中でマイクロ波プラズ
マ化学蒸着法によるダイヤモンドのホモエピタキシャル
成長は、ダイヤモンド基板以外では、窒化ホウ素基板の
みが可能であり、そのほかの基板、例えば炭化ケイ素基
板では不可能であった。しかもダイヤモンド基板や窒化
ホウ素基板の場合でも核生成サイトを増加させ、ダイヤ
モンド被覆の密着性及び平滑性を高めるために、通常こ
の表面をスクラッチ処理して粗化することが必要とされ
ていた。By the way, among these, the homoepitaxial growth of diamond by the microwave plasma chemical vapor deposition method is possible only on the boron nitride substrate other than the diamond substrate, and not possible on other substrates such as the silicon carbide substrate. . Moreover, even in the case of a diamond substrate or a boron nitride substrate, in order to increase nucleation sites and enhance the adhesion and smoothness of the diamond coating, it was usually necessary to scratch the surface to roughen it.
【０００４】しかしながら、このようなスクラッチ処理
には、ダイヤモンド粉末、炭化ケイ素粉末のような特殊
な超硬粉末を必要とする上に、手間のかかる作業を行わ
なければならないため、工業的に実施するには、能率が
低下するのを免れない。However, such a scratch treatment requires a special cemented carbide powder such as a diamond powder or a silicon carbide powder, and requires a labor-intensive work, so that it is industrially carried out. Inevitably, the efficiency will decline.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、密着性及び
平滑性のよいダイヤモンド被覆を、スクラッチングのよ
うな前処理を必要とせずに、高い成長速度で、しかもダ
イヤモンド基板や窒化ホウ素基板以外の基板上に形成さ
せることを目的としてなされたものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a diamond coating having good adhesion and smoothness at a high growth rate without requiring a pretreatment such as scratching, and other than a diamond substrate or a boron nitride substrate. It was made for the purpose of forming it on the substrate.
【０００６】本発明者は、マイクロ波プラズマによるダ
イヤモンドのホモエピタキシャル成長について種々研究
を重ねた結果、炭素源として水素で希釈したメタンを用
い、かつ基板としてＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅのよ
うな原子配列において核外電子の配置のｄ副殻電子が満
たされていず、炭素の固溶体又は炭化物を形成しない金
属を用いた場合に、特にスクラッチ処理を施さなくて
も、密着性や平滑性の良好なダイヤモンド被覆が形成さ
れることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに
至った。As a result of various studies on the homoepitaxial growth of diamond by microwave plasma, the present inventor uses methane diluted with hydrogen as a carbon source and uses Pt, Ir, Ru, Rh, Re as a substrate. Adhesion and smoothness are good without using scratch treatment when a metal that does not form d-subshell electrons in the arrangement of extranuclear electrons in the atomic arrangement and does not form a carbon solid solution or carbide is used. It was found that an excellent diamond coating was formed, and the present invention was completed based on this finding.
【０００７】すなわち、本発明は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、
Ｒｈ及びＲｅの中から選ばれた遷移金属の基板上に、メ
タン１〜５容量％を含む水素ガスを流し、マイクロ波プ
ラズマによる化学蒸着を行うことを特徴とするダイヤモ
ンド被覆の形成方法を提供するものである。That is, according to the present invention, Pt, Ir, Ru,
Provided is a method for forming a diamond coating, which comprises flowing a hydrogen gas containing 1 to 5% by volume of methane on a substrate of a transition metal selected from Rh and Re and performing chemical vapor deposition by microwave plasma. It is a thing.
【０００８】本発明方法においては基板として、Ｐｔ、
Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ及びＲｅの中から選ばれた遷移金属を
用いることが必要であるが、これらの金属は、他の材料
の上にめっき又は蒸着されたものでもよい。この際の膜
厚としては、３０Åないし５μｍ程度で十分である。In the method of the present invention, Pt,
It is necessary to use transition metals selected from Ir, Ru, Rh and Re, but these metals may be plated or vapor deposited on other materials. At this time, a film thickness of 30 Å to 5 μm is sufficient.
【０００９】次に、本発明方法における炭素源として
は、メタンが用いられるが、これは水素によって１〜５
容量％の濃度に希釈されていることが必要である。この
水素は、気相中のメタンの水素の引き抜き反応を行い、
化学種を活性化したり、ダイヤモンド表面のダングリン
グボンドに結合し、炭素のＳＰ３結合を安定化させた
り、ダイヤモンド表面の炭素‐水素結合を水素引き抜き
反応によって切断し、成長点をラジカル化又はイオン化
させたり、ダイヤモンド表面のＳＰ２結合をＳＰ３結合
に再配列したり、ダイヤモンドと共に析出するグラファ
イトのようなアモルファス成分を選択的にエッチング除
去する作用を有している。また、この水素に、酸素や水
を添加したり、メタンと酸素含有化合物とを併用するこ
とにより、アモルファス成分のエッチング除去をより効
果的に行うことができる。Next, methane is used as a carbon source in the method of the present invention.
It must be diluted to a concentration of volume%. This hydrogen undergoes the reaction of abstracting hydrogen from methane in the gas phase,
Activate chemical species, bond to dangling bond on diamond surface, stabilize carbon's SP 3 bond, cut carbon-hydrogen bond on diamond surface by hydrogen abstraction reaction, radicalize or ionize growing point It has an action of re-arranging SP 2 bonds on the surface of diamond into SP 3 bonds and selectively etching away amorphous components such as graphite that precipitate with diamond. Further, by adding oxygen or water to this hydrogen, or by using methane and an oxygen-containing compound in combination, the amorphous component can be removed by etching more effectively.
【００１０】本発明方法は、所定の基板を８１０〜８５
０℃の範囲の温度に加熱し、この上にメタン１〜５容量
％を含有する水素ガスを流しながら、マイクロ波を印加
し、プラズマを発生させることによって行われる。この
際の圧力としては１〜１０×１０３Ｐａ、マイクロ波出
力としては３００〜５００Ｗ程度、好ましくは４００Ｗ
付近が用いられる。メタン含有水素ガスの流入時間とし
ては、１〜１０時間、好ましくは５時間程度である。According to the method of the present invention, a predetermined substrate is 810-85.
It is carried out by heating to a temperature in the range of 0 ° C. and applying a microwave to generate plasma while flowing hydrogen gas containing 1 to 5% by volume of methane over this. The pressure at this time is 1 to 10 × 10 3 Pa, and the microwave output is about 300 to 500 W, preferably 400 W.
The vicinity is used. The inflow time of the methane-containing hydrogen gas is 1 to 10 hours, preferably about 5 hours.
【００１１】本発明方法においては、基板材料としてＰ
ｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ及びＲｅの中から選ばれた遷移金
属を用いた場合にのみダイヤモンド膜の形成が可能であ
り、その他の金属、例えばＮｉやＦｅを基板として用い
た場合にはアモルファスカーボン膜を生じダイヤモンド
膜を形成しない。In the method of the present invention, P is used as the substrate material.
A diamond film can be formed only when a transition metal selected from t, Ir, Ru, Rh, and Re is used, and when another metal such as Ni or Fe is used as a substrate, amorphous carbon is used. A film is formed and a diamond film is not formed.
【００１２】また、Ｓｉのような従来基板として用いら
れていた材料の場合、成長速度を高めるためにスクラッ
チ処理を施したときでも生成したダイヤモンドの結晶粒
子数は約１×１０３〜５個／ｃｍ２程度であるにもかか
わらず、本発明によるとＰｔについてはスクラッチ処理
を行わないでも１×１０７〜８個／ｃｍ２という大きい
数値を示すし、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈについては、スクラッ
チ処理を施したＳｉの場合と同等の数値が示される。In the case of a material such as Si which has been used as a conventional substrate, the number of crystal grains of diamond produced is about 1 × 10 3 to 5 / even when the scratch treatment is performed to increase the growth rate. Despite being about cm 2 , according to the present invention, Pt shows a large value of 1 × 10 7 to 8 pieces / cm 2 without scratch treatment, and Ir, Ru and Rh show scratch treatment. Numerical values similar to those of Si subjected to are shown.
【００１３】[0013]
【発明の効果】本発明方法によると、これまでダイヤモ
ンド基板又は窒化ホウ素基板以外では行うことが困難で
あるとされていたダイヤモンドのエピタキシャル成長
を、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ及びＲｅのような金属上
で、しかも通常成長速度を高めるために前処理として行
われている厄介なスクラッチ処理を必要としないで行う
ことができるので、工業的なダイヤモンド合成方法とし
て好適である。EFFECTS OF THE INVENTION According to the method of the present invention, epitaxial growth of diamond, which has hitherto been difficult to perform except on a diamond substrate or a boron nitride substrate, is performed on a metal such as Pt, Ir, Ru, Rh and Re. In addition, since it can be performed without the need for the troublesome scratch treatment that is usually performed as a pretreatment for increasing the growth rate, it is suitable as an industrial diamond synthesis method.
【００１４】[0014]
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples.
【００１５】実施例１ 白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム及びレニウム
を材料として用い、厚さ５０μｍ、５ｍｍ角のフイルム
状の基板を調製した。Example 1 Using platinum, iridium, ruthenium, rhodium and rhenium as materials, a film substrate having a thickness of 50 μm and a size of 5 mm square was prepared.
【００１６】次に、これらを耐圧管中に載置し、１０８
３〜１１２３°Ｋの温度に加熱しながら、メタンガス１
〜３ＳＣＣＮと水素ガス１００ＳＣＣＮとの割合で流入
させ、圧力５．３×１０３Ｐａ、マイクロ波出力４００
Ｗの条件下で、５時間マイクロ波プラズマによる化学蒸
着を行った。ラマン分光分析の結果、いずれの基板にお
いても、１０８個／ｃｍ２の高密度のダイヤモンド被覆
が形成されていることが確認された。Next, these are placed in a pressure resistant tube, and 108
Methane gas 1 while heating to a temperature of 3 to 1123 ° K
˜3 SCCN and hydrogen gas of 100 SCCN are flown in, the pressure is 5.3 × 10 3 Pa, and the microwave output is 400.
Under the condition of W, chemical vapor deposition was performed by microwave plasma for 5 hours. As a result of Raman spectroscopic analysis, it was confirmed that a high-density diamond coating of 10 8 pieces / cm 2 was formed on any of the substrates.
【００１７】実施例２ 実施例１における基板の代りに、市販の超硬合金（ＴＨ
１０）（１３×１３×５ｍｍ）の表面に、白金、ルテニ
ウム又はロジウムを１μｍ厚で化学めっきしたものを用
い、実施例１と同じ条件下で処理したところ、実施例１
とほとんど同じダイヤモンド被覆が得られた。Example 2 Instead of the substrate in Example 1, a commercially available cemented carbide (TH
10) The surface of (13 × 13 × 5 mm) was chemically plated with platinum, ruthenium or rhodium to a thickness of 1 μm and treated under the same conditions as in Example 1.
Almost the same diamond coating was obtained.
【００１８】比較例１ 鉄又はニッケルの細片（４×４×０．５ｍｍ）を基板と
し、実施例１と同様の条件下でマイクロ波プラズマによ
る化学蒸着を行った。得られた試料についてラマン分光
分析したところ、各基板上に形成された被覆はいずれも
アモルファスカーボンのみで構成されていることが分っ
た。Comparative Example 1 Using a strip of iron or nickel (4 × 4 × 0.5 mm) as a substrate, chemical vapor deposition was performed by microwave plasma under the same conditions as in Example 1. Raman spectroscopic analysis of the obtained sample revealed that the coating formed on each substrate was composed of only amorphous carbon.
【００１９】比較例２ ダイヤモンド粉末によるスクラッチ処理を施さないケイ
素ウエハー基板（４×４×１ｍｍ）に対し、実施例１と
同じ条件下でマイクロ波プラズマによる化学蒸着を行っ
たところ、部分的に格子状のダイヤモンドの形成が認め
られたにすぎず、その粒子密度は１０４個／ｃｍ２であ
った。Comparative Example 2 A silicon wafer substrate (4 × 4 × 1 mm) not subjected to scratch treatment with diamond powder was subjected to chemical vapor deposition using microwave plasma under the same conditions as in Example 1, and a partial lattice was observed. The formation of diamond-like diamonds was only observed, and the particle density was 10 4 particles / cm 2 .
Claims (1)
ム及びレニウムの中から選ばれた遷移金属の基板上に、
メタン１〜５容量％を含む水素ガスを流し、マイクロ波
プラズマによる化学蒸着を行うことを特徴とするダイヤ
モンド被覆の形成方法。1. A substrate of a transition metal selected from platinum, iridium, ruthenium, rhodium and rhenium,
A method for forming a diamond coating, which comprises flowing a hydrogen gas containing 1 to 5% by volume of methane and performing chemical vapor deposition using microwave plasma.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2352193A JPH06212428A (en) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | Formation of diamond coating on metal surface |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2352193A JPH06212428A (en) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | Formation of diamond coating on metal surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212428A true JPH06212428A (en) | 1994-08-02 |
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ID=12112759
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| JP2352193A Pending JPH06212428A (en) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | Formation of diamond coating on metal surface |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06212428A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2304118A (en) * | 1995-08-04 | 1997-03-12 | Kobe Steel Ltd | a method for forming a single crystal film on platinum film |
| KR100466406B1 (en) * | 2002-07-08 | 2005-01-13 | 한국과학기술연구원 | Diamond coated tool for precision machining and fabrication technology thereof |
| JP2010159185A (en) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | Multilayer substrate and method for manufacturing the same, and diamond film and method for manufacturing the same |
| WO2022044946A1 (en) * | 2020-08-26 | 2022-03-03 | 学校法人早稲田大学 | Laminate, single crystal diamond substrate and method of producing same |
-
1993
- 1993-01-20 JP JP2352193A patent/JPH06212428A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2304118A (en) * | 1995-08-04 | 1997-03-12 | Kobe Steel Ltd | a method for forming a single crystal film on platinum film |
| GB2304118B (en) * | 1995-08-04 | 1997-07-30 | Kobe Steel Ltd | Method for forming single crystal diamond film |
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| WO2022044946A1 (en) * | 2020-08-26 | 2022-03-03 | 学校法人早稲田大学 | Laminate, single crystal diamond substrate and method of producing same |
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