JPH09175807A - Preparation of diamond single crystal by recrystallization - Google Patents
Preparation of diamond single crystal by recrystallizationInfo
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- JPH09175807A JPH09175807A JP7336650A JP33665095A JPH09175807A JP H09175807 A JPH09175807 A JP H09175807A JP 7336650 A JP7336650 A JP 7336650A JP 33665095 A JP33665095 A JP 33665095A JP H09175807 A JPH09175807 A JP H09175807A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、温度差育成法を利
用してダイヤモンド単結晶を製造する方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a diamond single crystal by utilizing a temperature difference growth method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ダイヤモンド単結晶の製造方法に
おいては、専ら、如何にして炭素原料を大型の結晶に育
成するかを課題として研究開発が進められてきた。ダイ
ヤモンドの製造方法として、安定な高温高圧条件のもと
で、鉄族元素やこれらの合金を溶媒とし、溶媒に溶解さ
せた炭素を低温部分に置かれたダイヤモンドの種結晶に
接触させ、種結晶を中心に単結晶を育成する方法があ
り、この方法は、一般に温度差育成法としてダイヤモン
ド製造技術の分野ではよく知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a method for producing a diamond single crystal, research and development have been carried out mainly with the question of how to grow a carbon raw material into a large crystal. As a method for producing diamond, under stable high temperature and high pressure conditions, iron group elements and their alloys are used as a solvent, and carbon dissolved in the solvent is brought into contact with a seed crystal of diamond placed at a low temperature portion to form a seed crystal. There is a method for growing a single crystal centered on the above, and this method is generally well known in the field of diamond manufacturing technology as a temperature difference growth method.
【０００３】温度差育成法は、溶媒を挾んでその下部に
種結晶，上部に炭素原料を配置し、炭素原料と種結晶と
の温度条件を異ならせ、炭素原料側が種結晶側より数１
０℃高温になるように炭素原料と種結晶の加熱温度を設
定してダイヤモンドを製造する方法である。温度差育成
法によれば、種結晶からの溶媒への炭素の溶解度に比し
て高温の炭素原料から溶媒への炭素の溶解度が高いた
め、炭素原料から溶媒への炭素の溶解が進行し、溶媒に
溶けた原料炭素が種結晶側に輸送され、種結晶を核とし
て新たな結晶が成長し、大型の結晶に育成することがで
きる。In the temperature difference growth method, a solvent is sandwiched between a seed crystal and a carbon raw material in the upper portion to make the temperature conditions of the carbon raw material and the seed crystal different from each other.
This is a method for producing diamond by setting the heating temperature of the carbon raw material and the seed crystal so that the temperature becomes 0 ° C. high. According to the temperature difference growth method, since the solubility of carbon from the high temperature carbon raw material to the solvent is higher than the solubility of carbon from the seed crystal to the solvent, the dissolution of carbon from the carbon raw material to the solvent proceeds, The raw material carbon dissolved in the solvent is transported to the seed crystal side, a new crystal grows with the seed crystal as a nucleus, and a large crystal can be grown.
【０００４】温度差育成法を用いてダイヤモンド単結晶
を育成するには、炭素原料と種結晶との温度を制御する
ほかにも、種々の要因を制御する必要があり、とりわ
け、種結晶を保護することが重要である。種結晶を核と
して結晶の成長が開始される以前、あるいは溶媒に原料
炭素が飽和する前に種結晶が溶媒に完全に溶解してしま
うと、結晶成長のための核となる起点をなくしてしまう
ことになり、種結晶から結晶を成長させることができな
い。In order to grow a diamond single crystal using the temperature difference growth method, it is necessary to control various factors in addition to controlling the temperatures of the carbon raw material and the seed crystal. In particular, the seed crystal is protected. It is important to. If the seed crystal is completely dissolved in the solvent before the crystal growth with the seed crystal as the nucleus or before the raw material carbon is saturated in the solvent, the starting point that becomes the nucleus for the crystal growth is lost. As a result, the crystal cannot be grown from the seed crystal.
【０００５】この問題を解決する方法として溶媒が原料
炭素の炭素で飽和されるまでの間、種結晶と溶媒との間
を遮断層によって隔離し、種結晶の溶解を抑制するとい
う技術がある。As a method for solving this problem, there is a technique in which the seed crystal and the solvent are isolated by a blocking layer until the solvent is saturated with carbon of the raw material carbon to suppress the dissolution of the seed crystal.
【０００６】特公昭５９−６８０８号には、実質的なダ
イヤモンド成長パターンが発現するまでは種結晶表面お
よびその付近における触媒兼溶媒物質の作用を阻止すれ
ば宝石級の大きさのダイヤモンドの成長を妨げる自発的
な核生成および種結晶の侵食が最小限に抑えられるとし
て、触媒兼溶媒物質塊と種結晶との間に核生成抑制用又
は隔離用遮断層あるいはその両方を挿入することが記載
されている。Japanese Patent Publication No. 59-6808 discloses that the growth of gem-grade diamond can be achieved by blocking the action of the catalyst / solvent substance on and near the seed crystal surface until a substantial diamond growth pattern is developed. It is described to insert a nucleation-suppressing or sequestering barrier layer or both between the catalyst / solvent mass and the seed crystal, as it prevents interfering spontaneous nucleation and seed crystal erosion to be minimized. ing.
【０００７】この先行例において、核生成抑制用遮断層
は好ましくは、コバルト，鉄，マンガン，チタン，クロ
ム，タングステン，パナジウム，ニオブ，タンタル，ジ
ルコニウム，以上の金属の合金，天然雲母，多結晶質の
高密度アルミナ，粉末アルミナ，石英，石英ガラス，六
方晶系の窒化ホウ素結晶，立方晶系の窒化ホウ素結晶，
ウルツ鉱型構造の窒化ホウ素結晶，白金族金属の１員で
保護された炭化ケイ素などから構成される。In this prior art, the barrier layer for suppressing nucleation is preferably cobalt, iron, manganese, titanium, chromium, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, zirconium, alloys of these metals, natural mica, polycrystalline. High density alumina, powdered alumina, quartz, quartz glass, hexagonal boron nitride crystal, cubic boron nitride crystal,
It is composed of a wurtzite-type boron nitride crystal, silicon carbide protected by a member of the platinum group metal, and the like.
【０００８】隔離用遮断層は好ましくは、白金，モリブ
デン，チタン，タンタル，タングステン，イリジウム，
オスミウム，ロジウム，パラジウム，パナジウム，ルテ
ニウム，クロム，ハフニウム，レニウム，ニオブ，ジル
コニウム、以上の金属の合金などから構成される。もし
核生成抑制用遮断層が併用されるならば、隔離用遮断層
は核生成抑制用遮断層と異なる物質から成ることが好ま
しい。と説明している。この先行例では、ダイヤモンド
単結晶は溶媒層の中で育成されるために、溶媒の底部に
核が発生しやすく、これが原因となって、種結晶上の成
長が阻害されたり、いくつもの核から結晶が成長するた
め、成長した結晶が相互に干渉しあって不整な形態の結
晶が得られやすい。核生成抑制遮断層は、種結晶以外の
箇所で成長がおこらないようにするために選択されるも
のであり、この先行例には上記目的を達成するための好
適な材料が開示されている。The isolation barrier layer is preferably platinum, molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, iridium,
It is composed of osmium, rhodium, palladium, vanadium, ruthenium, chromium, hafnium, rhenium, niobium, zirconium, and alloys of the above metals. If a nucleation inhibiting barrier is also used, the isolating barrier preferably comprises a different material than the nucleation inhibiting barrier. Is explained. In this prior example, since the diamond single crystal is grown in the solvent layer, nuclei are likely to occur at the bottom of the solvent, which causes growth on the seed crystal to be hindered, and from many nuclei. Since the crystals grow, the grown crystals interfere with each other and a crystal having an irregular shape is easily obtained. The nucleation suppression blocking layer is selected so that growth does not occur at a position other than the seed crystal, and this prior art discloses a suitable material for achieving the above object.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記遮
断層には、溶媒物質塊よりも高い温度下で融解する物質
が選定されるが、処理時の高温でその一部が融解して成
長ダイヤモンドに影響を与えるのではないかと思われ
る。また、この先行例には、遮断層に針金を埋め込み、
これを溶解させて炭素に富んだ溶融触媒兼溶媒金属をダ
イヤモンドポケットに流通させてダイヤモンドを成長さ
せる例が記載されているが、遮断層を構成する物質は溶
媒金属と相互溶解するために、溶媒金属成分からなる針
金部分が正確に成長部分となって遮断層をつらぬく好適
な種結晶を得るのは実際上は困難である。However, a material that melts at a temperature higher than that of the solvent mass is selected for the barrier layer, but a part of the material melts at a high temperature during the treatment to form a grown diamond. It seems to have an impact. Also, in this prior example, a wire is embedded in the barrier layer,
An example is described in which this is melted and a carbon-rich molten catalyst / solvent metal is circulated in the diamond pocket to grow diamond, but since the substance forming the barrier layer is mutually soluble with the solvent metal, It is practically difficult to obtain a suitable seed crystal in which the wire portion made of a metal component becomes a growth portion accurately and the barrier layer is not penetrated.
【００１０】実際に発明者が行った実験によれば、温度
差育成法を用いてダイヤモンド単結晶を育成したとき
に、多くの場合、種結晶付近に包有物（インクルージョ
ン）が生じ、また、結晶のうめ残しなどの欠陥が生ずる
ことがわかった。その原因は必ずしも明らかではない
が、遮断層の使用によって種結晶の溶解を防止すること
ができるものの、種結晶の表面を荒くし、初期の結晶成
長が均等に起らないためであると考えられる。According to experiments actually conducted by the inventor, when a diamond single crystal is grown by using the temperature difference growth method, inclusions (inclusions) are often generated near the seed crystal, and It was found that defects such as unfilled crystals occur. The cause is not necessarily clear, but it is thought that although the use of the blocking layer can prevent the dissolution of the seed crystal, it roughens the surface of the seed crystal and the initial crystal growth does not occur uniformly. .
【００１１】本発明の目的は、原料ダイヤモンド塊を溶
解処理と再結晶化処理により不純物濃度や欠陥濃度を十
分制御したダイヤモンド単結晶を製造する方法を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a method for producing a diamond single crystal in which the raw material diamond ingot is melted and recrystallized to sufficiently control the impurity concentration and the defect concentration.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による再結晶化によるダイヤモンド単結晶の
製造方法においては、溶解処理と再結晶化処理とを有す
る再結晶化によるダイヤモンド単結晶の製造方法であっ
て、原料ダイヤモンド塊は、少なくとも一部に単結晶ダ
イヤモンド部分を有するものであり、溶解処理は、少な
くとも一部に単結晶ダイヤモンドを残して原料ダイヤモ
ンド塊の炭素成分を溶媒中に溶解させる処理であり、再
結晶化処理は、溶解処理によって残された原料ダイヤモ
ンド塊の単結晶ダイヤモンドを種結晶として溶媒中の炭
素成分を析出させ、ダイヤモンド単結晶を育成する処理
である。To achieve the above object, in the method for producing a diamond single crystal by recrystallization according to the present invention, a diamond single crystal by recrystallization having a dissolution treatment and a recrystallization treatment is used. In the manufacturing method, the raw diamond ingot has a single crystal diamond portion in at least a part, and the dissolution treatment dissolves the carbon component of the raw diamond in a solvent while leaving the single crystal diamond in at least a part. The recrystallization treatment is a treatment for growing a diamond single crystal by precipitating a carbon component in a solvent with the single crystal diamond of the raw material diamond lump left by the dissolution treatment as a seed crystal.
【００１３】また原料ダイヤモンド塊は、単結晶ダイヤ
モンドであり、再結晶化処理は、原料ダイヤモンド塊の
単結晶ダイヤモンドの一部分が未溶解の状態で行うもの
である。The raw diamond ingot is a single crystal diamond, and the recrystallization treatment is performed in a state where a part of the single crystal diamond in the raw diamond ingot is not melted.
【００１４】また原料ダイヤモンド塊は、単結晶ダイヤ
モンドに炭素原料が積層されたものであり、炭素原料
は、粉末ダイヤモンド，ダイヤモンド焼結体，黒鉛，非
ダイヤモンド炭素の少なくとも一つ又は二以上を組合せ
て単結晶ダイヤモンドに積層したものであり、再結晶化
処理は、炭素原料のすべてを溶解し、単結晶ダイヤモン
ドの少なくとも一部分が未溶解の状態で行うものであ
る。The raw diamond ingot is a single crystal diamond layered with a carbon raw material. The carbon raw material is a combination of at least one of powdered diamond, diamond sintered body, graphite and non-diamond carbon. It is laminated on a single crystal diamond, and the recrystallization treatment is performed in a state in which all of the carbon raw material is dissolved and at least a part of the single crystal diamond is undissolved.
【００１５】また前記単結晶ダイヤモンド，粉末ダイヤ
モンド，ダイヤモンド焼結体，黒鉛，非ダイヤモンド炭
素のうちの少なくとも１つは、炭素の特定質量数成分を
高純度に含むものである。At least one of the single crystal diamond, powdered diamond, sintered diamond, graphite, and non-diamond carbon contains a specific mass number component of carbon in high purity.
【００１６】また溶解処理は、原料ダイヤモンド塊を中
性物質に埋め込むとともに原料ダイヤモンド塊の一部を
溶媒に接触させた状態に保持して行うものであり、中性
物質は、ダイヤモンド単結晶の育成条件の下で溶媒，炭
素のいずれにも反応しない固体物質である。The melting treatment is carried out by embedding the raw diamond ingot in a neutral substance and keeping a part of the raw diamond ingot in contact with the solvent. The neutral substance is a diamond single crystal growth. It is a solid substance that does not react with either solvent or carbon under the conditions.
【００１７】また溶解処理は、溶媒組成，原料ダイヤモ
ンド塊の構成，形態，溶解条件によって決定される溶解
および再結晶化温度領域の溶解温度に一定時間保持して
行うものであり、再結晶化処理は、上記温度領域の範囲
内で溶解処理温度より低温に保持して行うものである。The melting treatment is carried out by holding the melting temperature in the melting and recrystallization temperature region, which is determined by the solvent composition, the composition and morphology of the raw diamond ingot, and the melting conditions, for a certain period of time. Is carried out by maintaining the temperature lower than the melting treatment temperature within the above temperature range.
【００１８】また溶解処理と、再結晶化処理とは、溶媒
組成，原料ダイヤモンド塊の構成，形態，溶解条件によ
って決定される溶解および再結晶化温度領域の溶解の温
度に原料ダイヤモンド塊をさらし、それを部分的に溶解
し、これに続きダイヤモンド単結晶の成長を自発的に進
行させるものである。Further, the melting treatment and the recrystallization treatment are performed by exposing the raw diamond mass to a melting temperature in the melting and recrystallization temperature region which is determined by the solvent composition, the composition and morphology of the raw diamond mass, and the melting conditions. It partially dissolves it, and then spontaneously advances the growth of the diamond single crystal.
【００１９】また再結晶化処理は、溶解処理前の原料ダ
イヤモンド塊と実質的に同一の大きさ，形態を持つダイ
ヤモンド単結晶を形成させる処理であって、再結晶化し
たダイヤモンド単結晶は、欠陥濃度、不純物濃度などが
原料ダイヤモンド塊とは異なるダイヤモンド単結晶であ
る。The recrystallization treatment is a treatment for forming a diamond single crystal having substantially the same size and morphology as the raw material diamond ingot before the melting treatment, and the recrystallized diamond single crystal has a defect. It is a diamond single crystal whose concentration and impurity concentration are different from those of the raw diamond ingot.
【００２０】また再結晶化処理は、原料ダイヤモンド塊
が溶解したあとの、中性物質内にダイヤモンド単結晶を
成長させる処理である。The recrystallization treatment is a treatment for growing a diamond single crystal in a neutral substance after the raw material diamond mass is melted.
【００２１】また再結晶化処理は、溶媒中に溶解した原
料ダイヤモンド塊の炭素成分とともに溶媒中に補給され
た炭素成分を取り込んでそれらをダイヤモンド単結晶に
変換する処理である。The recrystallization treatment is a treatment for taking in the carbon component of the raw diamond ingot dissolved in the solvent together with the carbon component replenished in the solvent and converting them into a diamond single crystal.
【００２２】本発明において、原料ダイヤモンド塊に
は、原料ダイヤモンド塊のすべてが単結晶ダイヤモンド
であるもの、単結晶ダイヤモンドと、炭素原料とを積層
したものを使用できる。炭素原料は粉末ダイヤモンド，
ダイヤモンド焼結体のほか、黒鉛，非ダイヤモンド炭素
を使用できる。粉末ダイヤモンド，黒鉛，非ダイヤモン
ド炭素は粉末であっても予め成形体に固形化されている
ものであってもよい。炭素原料は、その１種類又は２種
類以上を選定して単結晶ダイヤモンドに積層する。２種
類以上の炭素原料を選定使用する場合、それらを重ねて
も、粉末として混合してもよい。再結晶化処理で一体と
なったダイヤモンドを得るためには、溶解処理において
積層されたすべての炭素原料は完全に溶解されなければ
ならない。なお、原料ダイヤモンド塊の種結晶と再結晶
化処理によって育成されるダイヤモンドは単結晶のダイ
ヤモンドである。本発明においては、前者を単結晶ダイ
ヤモンド，後者をダイヤモンド単結晶と表現して両者を
表現上区別している。In the present invention, as the raw material diamond ingot, it is possible to use one in which all the raw material diamond ingot is a single crystal diamond, or one in which a single crystal diamond and a carbon raw material are laminated. Carbon raw material is powder diamond,
Besides diamond sintered bodies, graphite and non-diamond carbon can be used. The powdered diamond, graphite, or non-diamond carbon may be powder or solidified in advance into a compact. One kind or two or more kinds of carbon raw materials are selected and laminated on the single crystal diamond. When two or more kinds of carbon raw materials are selected and used, they may be layered or mixed as a powder. In order to obtain an integrated diamond in the recrystallization process, all the carbon raw materials laminated in the melting process must be completely melted. The seed crystal of the raw diamond ingot and the diamond grown by the recrystallization treatment are single crystal diamonds. In the present invention, the former is referred to as a single crystal diamond and the latter is referred to as a diamond single crystal to distinguish the two in terms of expression.
【００２３】再結晶化処理温度は、溶解処理温度よりも
わずかに低い温度であれば進行するから、超高圧でダイ
ヤモンド単結晶を育成する装置に固有の温度分布によっ
て、自然に再結晶処理が進行する。それ故、実際には溶
解温度で一定時間保持すれば、実質的に再結晶化が進行
する。再結晶化処理速度を調節する目的で、溶媒に対し
て温度差育成法と同じように別な部分から炭素を溶媒に
供給することも可能である。Since the recrystallization treatment temperature proceeds at a temperature slightly lower than the melting treatment temperature, the recrystallization treatment naturally proceeds due to the temperature distribution peculiar to the apparatus for growing a diamond single crystal at ultrahigh pressure. To do. Therefore, in reality, recrystallization proceeds substantially if the melting temperature is maintained for a certain period of time. For the purpose of adjusting the recrystallization treatment rate, it is also possible to supply carbon to the solvent from another portion as in the temperature difference growth method.
【００２４】溶媒には、炭素を溶解してダイヤモンドと
して析出する既知の溶媒ならどれでも選択できる。代表
的な溶媒としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉおよびそれらの合
金を主成分とするものがある。As the solvent, any known solvent which dissolves carbon and precipitates as diamond can be selected. Representative solvents include those containing Fe, Co, Ni and their alloys as main components.
【００２５】原料ダイヤモンド塊を埋め込む中性物質は
溶媒，炭素のいずれともダイヤモンドの育成条件のもと
で反応しない固体物質であって、食塩，フッ化カルシウ
ム，酸化マグネシウム，アルミナ，マグネシア、その他
溶媒と反応しないセラミックス物質が選択できる。The neutral substance for embedding the raw diamond ingot is a solid substance that does not react with any of the solvent and carbon under the diamond growing conditions, such as salt, calcium fluoride, magnesium oxide, alumina, magnesia and other solvents. Ceramic materials that do not react can be selected.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】発明者は、単結晶ダイヤモンドを
中性物質に埋め込み、中性物質より一部が露出している
単結晶ダイヤモンド表面と、溶媒との境界に遮断層を置
かないでダイヤモンドが安定な圧力条件、たとえば６Ｇ
Ｐａにおいて種々温度を変えて実験したところ次のよう
な知見を得た。 （１）単結晶ダイヤモンドはダイヤモンド単結晶を育成
できる温度圧力条件下で溶解するが、その程度は温度に
よって異なる。 （２）低温度では、単結晶ダイヤモンドの溶解は少ない
が、成長したダイヤモンド単結晶の表面が粗くなる。 （３）高温度では単結晶ダイヤモンドの溶解は速やかに
起こり、単結晶ダイヤモンドは消失する。単結晶ダイヤ
モンドとは別のところからいくつかのダイヤモンドが不
規則に成長することがある。 （４）前記（２）と（３）の温度領域の中間領域に単結
晶ダイヤモンドが一部分だけ溶解し、溶解されなかった
部分の表面が非常に平滑となる温度領域が存在する。こ
の領域を本発明では溶解および再結晶化温度領域とよ
ぶ。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The inventors of the present invention have embeded a single crystal diamond in a neutral substance, and did not place a blocking layer at the boundary between the solvent and the surface of the single crystal diamond partially exposed from the neutral substance. Stable pressure conditions, eg 6G
The following findings were obtained by conducting experiments at various temperatures in Pa. (1) The single crystal diamond melts under the temperature and pressure conditions capable of growing the diamond single crystal, but the extent thereof varies depending on the temperature. (2) At low temperature, the single crystal diamond is less melted, but the surface of the grown diamond single crystal becomes rough. (3) At high temperature, melting of the single crystal diamond occurs quickly, and the single crystal diamond disappears. Some diamonds may grow irregularly from elsewhere than the single crystal diamond. (4) There is a temperature region where the single crystal diamond is partially melted in the intermediate region between the temperature regions of (2) and (3), and the surface of the unmelted portion is very smooth. In the present invention, this region is called a melting and recrystallization temperature region.
【００２７】（５）前記の一部分だけ単結晶ダイヤモン
ドが溶解する場合は、残りの単結晶ダイヤモンドを核と
して溶解した部分を再び埋めるように新しいダイヤモン
ド単結晶が成長する。この新しいダイヤモンドが成長す
る再結晶化温度は、実際は（４）に記載した溶解温度よ
り低温度であるほうが成長が速やかに起こるが、溶解温
度と再結晶化温度が非常に近接しているので、実質的に
温度を下げないでも再結晶による成長は進行する。それ
ゆえ、溶解および再結晶化温度領域の範囲内の温度に設
定されていれば、原料ダイヤモンド塊の溶解とそれにひ
きつづくダイヤモンド単結晶の再結晶化が自づから進行
する。 （６）前記の新しく成長したダイヤモンド単結晶の方位
は単結晶ダイヤモンドと完全に一致する。すなわち、単
結晶ダイヤモンドとエピタキシャルな関係にある新しい
ダイヤモンド単結晶が成長する。 （７）前記の単結晶ダイヤモンドと新しく成長したダイ
ヤモンド単結晶の総量は、もとの単結晶ダイヤモンドと
ほぼ同じで、形も同じである。 （８）前記の単結晶ダイヤモンドとダイヤモンド単結晶
は、もともと中性物質に埋められていた部分のダイヤモ
ンドが再結晶化した状況に対応している。(5) When the single crystal diamond is melted only in the above part, a new diamond single crystal grows so as to fill the melted part again with the remaining single crystal diamond as the nucleus. The recrystallization temperature at which this new diamond grows is actually lower than the melting temperature described in (4), but the growth occurs more rapidly, but since the melting temperature and the recrystallization temperature are very close to each other, The growth by recrystallization proceeds even if the temperature is not substantially lowered. Therefore, if the temperature is set within the range of the melting and recrystallization temperature region, the melting of the raw material diamond ingot and the subsequent recrystallization of the diamond single crystal proceed by themselves. (6) The orientation of the newly grown diamond single crystal is completely the same as that of the single crystal diamond. That is, a new diamond single crystal having an epitaxial relationship with the single crystal diamond grows. (7) The total amount of the single crystal diamond and the newly grown diamond single crystal is almost the same as the original single crystal diamond, and the shape is also the same. (8) The single crystal diamond and the diamond single crystal described above correspond to the situation where the diamond originally buried in the neutral substance is recrystallized.
【００２８】本発明は、上記知見に基づいて以下のよう
な条件のもとでダイヤモンドの再結晶化を行うものであ
る。Based on the above findings, the present invention is to recrystallize diamond under the following conditions.
【００２９】本発明において、温度差育成法に使用する
種結晶に相当するものを原料ダイヤモンド塊という。原
料ダイヤモンド塊は、その溶解後においてもなお一部を
残留させる必要があり、残留する部分は、単結晶でなけ
ればならない。溶解する部分は、単結晶ダイヤモンドで
もよいが、必ずしも単結晶ダイヤモンドでなくても溶解
処理によって全量が溶解しさえすれば、粉末ダイヤモン
ド，ダイヤモンド焼結体，黒鉛，その他非ダイヤモンド
炭素を炭素原料として使用できる。また、これらの多様
な原料ダイヤモンド塊の単結晶ダイヤモンド部分を含む
全ての部分あるいは単結晶ダイヤモンドに炭素原料とし
て積層させて溶解させるべき粉末ダイヤモンド，ダイヤ
モンド焼結体，黒鉛，その他非ダイヤモンド炭素が特定
の炭素の質量数成分を高純度に含有する場合は再結晶化
処理によって質量数的に高純度なダイヤモンド単結晶が
得られる。In the present invention, a material corresponding to the seed crystal used in the temperature difference growth method is called a raw diamond ingot. A part of the raw diamond ingot needs to be left after the melting, and the remaining part must be a single crystal. The part to be melted may be single crystal diamond, but powder diamond, diamond sintered body, graphite, and other non-diamond carbon are used as carbon raw materials as long as the total amount is melted by the melting process even if it is not necessarily single crystal diamond. it can. In addition, powder diamond, diamond sinter, graphite, and other non-diamond carbon to be laminated and melted as a carbon raw material on all parts including single crystal diamond parts of these various raw diamond masses or single crystal diamond are specified. When the mass number component of carbon is contained in a high purity, the recrystallization treatment provides a diamond single crystal having a high mass number in purity.
【００３０】図１にセル１内の試料の配置例を示す。図
１において、原料ダイヤモンド塊２は、その大部分を中
性物質３に埋め込み、その一部を中性物質３より露出さ
せて溶媒４と直接接するように配置する。FIG. 1 shows an arrangement example of the sample in the cell 1. In FIG. 1, most of the raw diamond ingot 2 is embedded in the neutral substance 3, and a part of the raw diamond ingot 2 is exposed from the neutral substance 3 so as to be in direct contact with the solvent 4.
【００３１】本発明において、溶媒４中に迫り出してダ
イヤモンドを成長させないときには、溶媒４の量は小量
であっても再結晶の成長には支障は生じない。溶媒４上
には、原料炭素層を配置する必要はないが、原料炭素層
を溶媒上に配置して差支えはない。溶媒上に原料炭素層
を置いたときには、再結晶化が促進され、さらに溶媒中
に補給された炭素成分を取り込んでダイヤモンド単結晶
に変換し、さらに中性物質上の溶媒層内に達してダイヤ
モンド単結晶を成長させることも可能である。In the present invention, when the diamond is not squeezed out into the solvent 4 to grow the diamond, even if the amount of the solvent 4 is small, there is no problem in the growth of recrystallization. It is not necessary to dispose the raw material carbon layer on the solvent 4, but it does not matter if the raw material carbon layer is disposed on the solvent. When the raw material carbon layer is placed on the solvent, recrystallization is promoted, and the carbon component replenished in the solvent is taken in and converted into a diamond single crystal, and further reaches the solvent layer on the neutral substance to reach the diamond layer. It is also possible to grow single crystals.
【００３２】限られた空間内において、溶媒４の量を少
なくすれば、原料ダイヤモンド塊２の大きさは相対的に
大きくなる。セル１を炉内に設置し、溶解および再結晶
化温度領域の比較的高温度に位置する溶解温度に試料を
一定時間保持する。If the amount of the solvent 4 is reduced in the limited space, the size of the raw diamond ingot 2 becomes relatively large. The cell 1 is installed in the furnace, and the sample is held for a certain period of time at the melting temperature located at a relatively high temperature in the melting and recrystallization temperature region.
【００３３】溶解処理によって、単結晶ダイヤモンドの
少なくとも一部分を種結晶５として残し、大部分の原料
ダイヤモンド塊２を溶解させる。原料ダイヤモンド塊２
の溶解により生じた炭素は、溶媒４に溶解する。炭素を
含む溶媒液相を図２に示す。この溶媒は、原料ダイヤモ
ンド塊２の溶解によって中性物質３に形成された空洞内
を満たし、基本的には原料ダイヤモンド塊２の形状を象
った液相となる。By the dissolution treatment, at least a part of the single crystal diamond is left as the seed crystal 5, and most of the raw material diamond mass 2 is melted. Raw diamond lump 2
The carbon generated by the dissolution of is dissolved in the solvent 4. The solvent liquid phase containing carbon is shown in FIG. This solvent fills the cavities formed in the neutral substance 3 by the dissolution of the raw diamond ingot 2 and basically becomes a liquid phase in the shape of the raw diamond ingot 2.
【００３４】溶解処理に引き続く再結晶化処理では、残
留種結晶５を核として溶媒に溶解した原料ダイヤモンド
塊２の炭素成分が析出し、ダイヤモンド単結晶６が成長
する。炭素を含む溶媒液相から原料ダイヤモンド塊２の
残留種結晶５の単結晶ダイヤモンドの層上にダイヤモン
ド単結晶が析出してゆく機構は正確には判明しないが、
溶媒４と種結晶表面との温度差が非常に少ないことか
ら、準安定状態で溶媒の液相に過剰に溶解した炭素が析
出することによるものと考えられる。実際に、図３に示
すように時間の経過とともに残留種結晶５の単結晶ダイ
ヤモンドに対し、エピタキシャルの関係にあるダイヤモ
ンド単結晶６が析出する。図４は、本発明方法によって
製造したダイヤモンド単結晶の構造の一例を示す図であ
る。In the recrystallization treatment following the dissolution treatment, the carbon component of the raw material diamond ingot 2 dissolved in the solvent with the residual seed crystal 5 as a nucleus is deposited, and the diamond single crystal 6 grows. Although the mechanism by which the diamond single crystal is deposited from the solvent liquid phase containing carbon on the layer of the single crystal diamond of the residual seed crystal 5 of the raw diamond ingot 2 is not exactly known,
Since the temperature difference between the solvent 4 and the seed crystal surface was very small, it is considered that excessively dissolved carbon was precipitated in the liquid phase of the solvent in the metastable state. Actually, as shown in FIG. 3, the diamond single crystal 6 having an epitaxial relationship with the single crystal diamond of the residual seed crystal 5 is deposited over time. FIG. 4 is a diagram showing an example of the structure of a diamond single crystal produced by the method of the present invention.
【００３５】中性物質３に埋め込まれた原料ダイヤモン
ド塊２は、溶解処理によってその大部分が溶解し、再結
晶化処理では原料ダイヤモンド塊２に残された残留単結
晶ダイヤモンド部分である種結晶５からダイヤモンドが
エピタキシャル成長し、全体として元の原料ダイヤモン
ド塊の形状を象った再結晶ダイヤモンド７が形成され
る。溶解処理では、原料ダイヤモンド塊の大部分は、溶
媒に置き換えられ、再結晶化処理では、溶媒の形成領域
は次第に減少する。この例では、溶媒４が再結晶ダイヤ
モンド７の先端に付着して残留している。Most of the raw diamond ingot 2 embedded in the neutral substance 3 is dissolved by the melting treatment, and the seed crystal 5 which is the residual single crystal diamond portion left in the raw diamond ingot 2 in the recrystallization treatment. From this, diamond is epitaxially grown, and recrystallized diamond 7 is formed as a whole in the shape of the original raw diamond ingot. In the dissolution process, most of the raw diamond mass is replaced with the solvent, and in the recrystallization process, the formation area of the solvent gradually decreases. In this example, the solvent 4 remains attached to the tip of the recrystallized diamond 7.
【００３６】本発明は、基本的には温度差成長法の原理
を利用して結晶成長させる方法であるが、本発明におい
ては、溶媒に一部を接触させて中性物質に埋め込まれた
原料ダイヤモンド塊の一部を溶媒に溶解し、その後再結
晶化してダイヤモンド単結晶を成長させるものであり、
基本的には、原料ダイヤモンド塊上に置かれた溶媒中で
結晶を育成するものではない。The present invention is basically a method of crystal growth utilizing the principle of the temperature difference growth method. In the present invention, however, a raw material embedded in a neutral substance by contacting a part with a solvent. A part of a diamond lump is dissolved in a solvent and then recrystallized to grow a diamond single crystal.
Basically, the crystal is not grown in the solvent placed on the raw diamond ingot.
【００３７】原料ダイヤモンド塊の一部である単結晶層
を完全に溶解しない溶解および再結晶化温度領域の範囲
は、溶媒の種類，組成によって変化するうえ、圧力によ
っても範囲が異なる。それらを全て具体的な数値で表す
のは、そもそも圧力温度をどのような尺度を基準にして
いるかによって異なるので、客観性がない。なお、本実
施例の圧力は図５に示すようにＮｉを溶媒としたときの
ダイヤモンドの合成領域の最低条件を５．４ＧＰａ，１
３８４℃とし、それを基準に相対的に決定した圧力温度
の値である。それに基づいた溶解および再結晶化温度領
域を図５に示した。The range of the melting and recrystallization temperature region where the single crystal layer, which is a part of the raw diamond ingot, is not completely dissolved varies depending on the type and composition of the solvent, and also varies depending on the pressure. It is not objective to express all of them with concrete numerical values, because they depend on what kind of standard the pressure temperature is based on. The pressure in this example is 5.4 GPa, 1 as the minimum condition of the diamond synthesis region when Ni is used as the solvent as shown in FIG.
It is a value of pressure temperature determined relative to 384 ° C. The melting and recrystallization temperature regions based on the above are shown in FIG.
【００３８】図５中、Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ溶媒Ａ，
Ｂ，Ｃにおける原料ダイヤモンド塊が溶解する最低温度
を表わし、ａ，ｂ，ｃは、それぞれ選定された溶媒Ａ，
Ｂ，Ｃを使用したときに決定される溶解および再結晶化
温度領域を示している。なお、これらＡ，Ｂ，Ｃは、Ｆ
ｅ６４−Ｎｉ３４％（インバー合金）、Ｆｅ５０−Ｃｏ
５０％合金、純Ｎｉに対応した実験値である。ダイヤモ
ンド単結晶を育成できる溶媒の組成は広範囲であるか
ら、それらの溶解および再結晶化温度領域はそれらの組
成に応じて異なっていることは理解されるべきである。In FIG. 5, A, B and C are the solvents A and B, respectively.
It represents the minimum temperature at which the raw diamond ingots in B and C melt, and a, b and c are the selected solvents A and B, respectively.
3 shows melting and recrystallization temperature regions determined when B and C are used. In addition, these A, B, C are F
e64-Ni 34% (Invar alloy), Fe50-Co
It is an experimental value corresponding to a 50% alloy and pure Ni. It should be understood that since the composition of the solvent capable of growing the diamond single crystal is wide, their melting and recrystallization temperature regions are different depending on their composition.
【００３９】また、溶解および再結晶化温度領域は、同
一溶媒であっても原料ダイヤモンド塊の大きさ，処理時
間などで異なるなど複雑であるから、概念的に示すとこ
ろの温度範囲である。本発明にいう溶解および再結晶化
温度領域は、溶媒の組成だけでは決定できず、原料ダイ
ヤモンド塊の状態、大きさが異なると溶解速度も異な
る。したがって、溶解および再結晶化温度領域に関して
は、数値的に何度と何度の間と記述するよりは、実際に
原料ダイヤモンド塊の内の単結晶ダイヤモンドの一部分
が残存する温度範囲と考えるべきである。Further, since the melting and recrystallization temperature regions are complicated, such as the size of the starting diamond agglomerate and the treatment time, which are complicated even with the same solvent, the temperature range is conceptually shown. The melting and recrystallization temperature range as referred to in the present invention cannot be determined only by the composition of the solvent, and the melting rate also differs depending on the state and size of the starting diamond ingot. Therefore, regarding the melting and recrystallization temperature range, it should be considered as the temperature range in which a part of the single crystal diamond in the raw diamond mass actually remains, rather than being described numerically as to how many times. is there.
【００４０】[0040]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００４１】（実施例１）図１に示す試料セルにおい
て、底面の大きさが約５ｍｍ、厚さ約４ｍｍのインクル
ージョンを多く含む単結晶ダイヤモンドを原料ダイヤモ
ンド塊として使用し、それを約８ｍｍ径，厚さ４ｍｍの
中性物質である食塩成形体に埋め込み、（１００）面を
８ｍｍ径で厚さ２ｍｍのＦｅ５０ｗｔ％−Ｃｏ５０ｗｔ
％溶媒と接触するように配置して、約６．２ＧＰａ、１
３７０℃に１時間保持して溶解処理を行い、再結晶化処
理として続いて１２時間同じ温度に保持したところ、約
１ｍｍの単結晶層を残してその上に約３ｍｍの新たなダ
イヤモンド単結晶が析出した。なお、再結晶ダイヤモン
ドは、インクルージョンがほとんどない均質なダイヤモ
ンド単結晶であった。(Example 1) In the sample cell shown in FIG. 1, a single crystal diamond having a bottom surface size of about 5 mm and a thickness of about 4 mm and containing a large amount of inclusions was used as a raw diamond mass, and the mass thereof was about 8 mm. It is embedded in a salt molded body which is a neutral substance having a thickness of 4 mm, and the (100) plane has a diameter of 8 mm and a thickness of 2 mm Fe50 wt% -Co50 wt.
% Contacting with solvent, about 6.2 GPa, 1
When it was held at 370 ° C. for 1 hour to perform a melting treatment, and then as a recrystallization treatment, and then kept at the same temperature for 12 hours, a single crystal layer of about 1 mm was left and a new diamond single crystal of about 3 mm was formed thereon. Precipitated. The recrystallized diamond was a homogeneous diamond single crystal with almost no inclusion.
【００４２】（実施例２）実施例１とほぼ同じ単結晶ダ
イヤモンドを原料ダイヤモンド塊とし、溶媒にＦｅ６６
ｗｔ％−Ｎｉ３４ｗｔ％を用い、約５．８ＧＰａ，１３
００℃で２０時間保持すること以外は実施例１と同様の
条件を選択して処理したところ、約０．７ｍｍの単結晶
ダイヤモンドの上に約３．２ｍｍの均質なダイヤモンド
単結晶が得られた。(Embodiment 2) Almost the same single crystal diamond as in Embodiment 1 is used as a raw diamond ingot, and Fe66 is used as a solvent.
wt% -Ni34 wt%, about 5.8 GPa, 13
When the same conditions as in Example 1 were selected except that the treatment was carried out at 200C for 20 hours, a uniform diamond single crystal of about 3.2 mm was obtained on a single crystal diamond of about 0.7 mm. .
【００４３】（実施例３）実施例１とほぼ同じ原料ダイ
ヤモンド塊を使用し、溶媒を純Ｎｉとし、約６．３ＧＰ
ａ，１４２０℃で２４時間保持すること以外は実施例１
同様の条件で処理したところ、約０．４ｍｍの単結晶ダ
イヤモンドの上に約３．４ｍｍのインクルージョンがほ
とんどない均質なダイヤモンド単結晶が得られた。(Example 3) Almost the same raw material diamond lump as in Example 1 was used, pure Ni was used as the solvent, and about 6.3 GP was used.
a, Example 1 except holding at 1420 ° C. for 24 hours
When treated under the same conditions, a homogeneous diamond single crystal having almost no inclusion of about 3.4 mm on a single crystal diamond of about 0.4 mm was obtained.
【００４４】（実施例４）実施例１と同じ試料セルを用
い、原料ダイヤモンド塊として底面が約４ｍｍで厚さ約
２ｍｍの単結晶に粉末ダイヤモンドを４ｍｍの厚さに乗
せ、これらを食塩成形体に埋めて、粉末ダイヤモンドと
Ｎｉ溶媒を接触させた。約６ＧＰａ，１４４０℃で溶解
処理を２時間行い、１４２０℃で３４時間再結晶化処理
を行った。その結果、約１．３ｍｍの残留した単結晶ダ
イヤモンドの上に、約２ｍｍの新しいダイヤモンド単結
晶が再結晶化していた。(Example 4) Using the same sample cell as in Example 1, powder diamond was placed on a single crystal having a bottom surface of about 4 mm and a thickness of about 2 mm to a thickness of 4 mm as a raw diamond ingot, and these were formed into a salt compact. Then, the diamond powder was brought into contact with the Ni solvent. The dissolution treatment was performed at about 6 GPa and 1440 ° C. for 2 hours, and the recrystallization treatment was performed at 1420 ° C. for 34 hours. As a result, a new diamond single crystal of about 2 mm was recrystallized on the remaining single crystal diamond of about 1.3 mm.
【００４５】（実施例５）図１に示す試料セル内に、底
面の大きさが約５ｍｍ、厚さ約４ｍｍの合成単結晶ダイ
ヤモンドに約５ｍｍ径，約４ｍｍ厚さにホウ素を含有す
る粉末ダイヤモンドを積層し、それらが８ｍｍ径，８ｍ
ｍ厚さの食塩成形体に埋まるようにし、粉末ダイヤモン
ド部分をＦｅ５０ｗｔ％−Ｃｏ５０ｗｔ％溶媒と接する
ように置き、約６．４ＧＰａ，１３８０℃で２時間保持
して溶解処理を行い、続いて１３６０℃で２４時間保持
して再結晶化処理を行い、冷却除圧した。取り出した試
料は約３ｍｍ厚さの単結晶ダイヤモンドに新たに約２．
４ｍｍ厚さの再結晶化した青色のダイヤモンド単結晶が
成長していて、その部分は半導体的な導電性を示した。(Embodiment 5) In a sample cell shown in FIG. 1, powder diamond containing boron in a diameter of about 5 mm and a diameter of about 4 mm in a synthetic single crystal diamond having a bottom size of about 5 mm and a thickness of about 4 mm. Are laminated, and they are 8 mm in diameter and 8 m
The powder diamond portion was placed in contact with a solvent of Fe50wt% -Co50wt%, held at about 6.4GPa, 1380 ° C for 2 hours for dissolution treatment, and subsequently 1360 ° C. Was kept for 24 hours to carry out recrystallization treatment, and then cooled and depressurized. The sample taken out was a new single crystal diamond with a thickness of about 3 mm.
A recrystallized blue diamond single crystal having a thickness of 4 mm was growing, and the portion showed semiconducting conductivity.
【００４６】（実施例６）図１に示す試料セル内に、底
面が約３ｍｍ厚さが約１．７ｍｍの単結晶ダイヤモンド
と直径約３ｍｍ、厚さ約３ｍｍの高純度黒鉛成形体を積
層させて実施例５と同様のセルに仕込み、実施例５で示
すものと同じ溶媒を使用し、ほぼ同じ条件で溶解，再結
晶処理を行ったところ、あらかじめ仕込んだ単結晶ダイ
ヤモンドの厚さは約１ｍｍに減少し、その上に約１．２
ｍｍの新しいダイヤモンド単結晶が成長していた。Example 6 A single crystal diamond having a bottom surface of about 3 mm and a thickness of about 1.7 mm and a high-purity graphite compact having a diameter of about 3 mm and a thickness of about 3 mm were laminated in the sample cell shown in FIG. Then, the same cell as in Example 5 was charged, and the same solvent as that used in Example 5 was used to carry out dissolution and recrystallization treatment under substantially the same conditions. The thickness of the single crystal diamond charged in advance was about 1 mm. Reduced to about 1.2 on it
mm new diamond single crystal had grown.
【００４７】（実施例７）実施例６とほぼ同様の大きさ
の単結晶ダイヤモンドに直径が約３ｍｍ厚さが約３ｍｍ
の非ダイヤモンド炭素粉末成形体を積層させた。この炭
素粉末成形体は質量数１３の炭素が９９．９％以上含有
する非晶質炭素を真空中２４００℃で２時間以上処理し
て、黒鉛成分の割合をあらかじめ増加させたものであ
る。これを実施例５，６と同様のセルに仕込み、これら
と同じ溶媒を使用し、ほぼ同様な条件で溶解，再結晶処
理を行ったところ、あらかじめ仕込んだ単結晶ダイヤモ
ンドの厚さは約１ｍｍに減少し、その上に約０．９ｍｍ
の新しいダイヤモンド単結晶が成長していた。(Embodiment 7) A single crystal diamond having a size similar to that of Embodiment 6 has a diameter of about 3 mm and a thickness of about 3 mm.
Of non-diamond carbon powder compacts were laminated. In this carbon powder compact, amorphous carbon containing 99.9% or more of carbon having a mass number of 13 was treated in vacuum at 2400 ° C. for 2 hours or more to increase the proportion of the graphite component in advance. This was placed in the same cells as in Examples 5 and 6, and the same solvent was used to carry out dissolution and recrystallization treatment under almost the same conditions. The thickness of the single-crystal diamond that had been previously placed was about 1 mm. Reduced, about 0.9mm on it
, A new diamond single crystal was growing.
【００４８】[0048]
【発明の効果】本発明のダイヤモンド単結晶の製造方法
によれば、原料ダイヤモンド塊の種類を選択することに
より、非常に多種類のダイヤモンド単結晶の合成が可能
となり、使用する試料セルの容量に対し、相対的に大径
のダイヤモンド単結晶を合成することができるなど利点
は多い。すなわち、 （１）原料ダイヤモンド塊の溶解する部分のダイヤモン
ドが高純度でたとえば窒素の含有量が非常に少なけれ
ば、再結晶化したダイヤモンド単結晶も高純度である。
原料ダイヤモンド塊のすべてが、あるいは種結晶として
残す単結晶ダイヤモンド又は、炭素原料として単結晶ダ
イヤモンドに積層して溶解させるべく配置する粉末ダイ
ヤモンド，ダイヤモンド焼結体，黒鉛，その他の非ダイ
ヤモンド炭素が炭素の特定質量数成分からみて高純度で
あれば、同じく質量数として高純度のダイヤモンド単結
晶が得られる。 （２）溶解処理によって溶解するダイヤモンドが半導体
ダイヤモンドなら再結晶したダイヤモンド単結晶も半導
体である半導体結晶が得られる。 （３）原料ダイヤモンド塊を選択すれば、少なくとも２
種類のダイヤモンド単結晶の平滑な接合面が得られる。 （４）ダイヤモンド単結晶の形態が温度差育成法よりも
自由に選択できる。などの効果がある。本発明方法によ
って得られたダイヤモンド単結晶は、切削工具，ダイ
ス，ボンディングツール，レーザなどの光学窓，半導体
等への利用が大いに期待できる。According to the method for producing a diamond single crystal of the present invention, it is possible to synthesize a very large number of types of diamond single crystals by selecting the type of raw material diamond ingot, and the capacity of the sample cell to be used can be increased. On the other hand, there are many advantages such as the ability to synthesize a diamond single crystal having a relatively large diameter. That is, (1) If the diamond in the melted portion of the raw diamond mass has a high purity and the content of nitrogen is very small, the recrystallized diamond single crystal has a high purity.
All of the raw diamond ingot, or single crystal diamond left as a seed crystal, or powder diamond, diamond sintered body, graphite, and other non-diamond carbon which are arranged to be melted by laminating on single crystal diamond as a carbon raw material are carbon If the purity is high as viewed from the specific mass number component, a high purity diamond single crystal having the same mass number can be obtained. (2) If the diamond that is dissolved by the melting treatment is semiconductor diamond, a recrystallized diamond single crystal can also be used as a semiconductor to obtain a semiconductor crystal. (3) At least 2 if the raw diamond mass is selected
A smooth joint surface of diamond single crystal of a kind is obtained. (4) The form of the diamond single crystal can be selected more freely than in the temperature difference growth method. And so on. The diamond single crystal obtained by the method of the present invention can be expected to be applied to cutting tools, dies, bonding tools, optical windows such as lasers, semiconductors and the like.
【図１】本発明方法による試料配置の要領を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a procedure of sample arrangement according to the method of the present invention.
【図２】溶解処理時の試料の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing changes in a sample during dissolution processing.
【図３】再結晶化処理によるダイヤモンド単結晶の成長
の様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing how a diamond single crystal grows by recrystallization treatment.
【図４】本発明方法によって得られたダイヤモンド単結
晶構造の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a diamond single crystal structure obtained by the method of the present invention.
【図５】再結晶化温度領域の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a recrystallization temperature region.
１ セル ２ 原料ダイヤモンド塊 ３ 中性物質 ４ 溶媒 ５ 種結晶 ６ ダイヤモンド単結晶 ７ 再結晶ダイヤモンド 1 Cell 2 Raw Diamond Ingot 3 Neutral Substance 4 Solvent 5 Seed Crystal 6 Diamond Single Crystal 7 Recrystallized Diamond
Claims (10)
晶化によるダイヤモンド単結晶の製造方法であって、 原料ダイヤモンド塊は、少なくとも一部に単結晶ダイヤ
モンド部分を有するものであり、 溶解処理は、少なくとも一部に単結晶ダイヤモンドを残
して原料ダイヤモンド塊の炭素成分を溶媒中に溶解させ
る処理であり、 再結晶化処理は、溶解処理によって残された原料ダイヤ
モンド塊の単結晶ダイヤモンドを種結晶として溶媒中の
炭素成分を析出させ、ダイヤモンド単結晶を育成する処
理であることを特徴とする再結晶化によるダイヤモンド
単結晶の製造方法。1. A method for producing a diamond single crystal by recrystallization having a dissolution treatment and a recrystallization treatment, wherein a raw diamond ingot has a single crystal diamond portion in at least a part thereof. Is a process of dissolving the carbon component of the raw diamond ingot in a solvent while leaving at least a part of the single crystal diamond, and the recrystallization treatment is a seed crystal of the single crystal diamond of the raw diamond ingot left by the dissolution treatment. The method for producing a diamond single crystal by recrystallization, which comprises a step of precipitating a carbon component in a solvent to grow a diamond single crystal.
ンドであり、 再結晶化処理は、原料ダイヤモンド塊の単結晶ダイヤモ
ンドの一部分が未溶解の状態で行うものであることを特
徴とする請求項１に記載の再結晶化によるダイヤモンド
単結晶の製造方法。2. The raw diamond ingot is a single crystal diamond, and the recrystallization treatment is performed in a state where a part of the single crystal diamond in the raw diamond ingot is unmelted. A method for producing a diamond single crystal by the recrystallization described.
ンドに炭素原料が積層されたものであり、 炭素原料は、粉末ダイヤモンド，ダイヤモンド焼結体，
黒鉛，非ダイヤモンド炭素の少なくとも一つ又は二以上
を組合せて単結晶ダイヤモンドに積層したものであり、 再結晶化処理は、炭素原料のすべてを溶解し、単結晶ダ
イヤモンドの少なくとも一部分が未溶解の状態で行うも
のであることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモン
ド単結晶の製造方法。3. The raw material diamond ingot is a single crystal diamond laminated with a carbon raw material, and the carbon raw material is powder diamond, a diamond sintered body,
At least one or two or more of graphite and non-diamond carbon are laminated on a single crystal diamond, and recrystallization treatment is a state in which all of the carbon raw material is dissolved and at least a part of the single crystal diamond is undissolved. The method for producing a diamond single crystal according to claim 1, wherein
ンド，ダイヤモンド焼結体，黒鉛，非ダイヤモンド炭素
のうちの少なくとも１つは、炭素の特定質量数成分を高
純度に含むものであることを特徴とする請求項２又は３
に記載のダイヤモンド単結晶の製造方法。4. At least one of the single crystal diamond, powdered diamond, diamond sintered body, graphite, and non-diamond carbon contains a specific mass number component of carbon in high purity. 2 or 3
The method for producing a diamond single crystal as described in 1.
物質に埋め込むとともに原料ダイヤモンド塊の一部を溶
媒に接触させた状態に保持して行うものであり、 中性物質は、ダイヤモンド単結晶の育成条件の下で溶
媒，炭素のいずれにも反応しない固体物質であることを
特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の再結晶化に
よるダイヤモンド単結晶の製造方法。5. The melting treatment is carried out by embedding the raw diamond ingot in a neutral substance and keeping a part of the raw diamond ingot in contact with a solvent. The neutral substance is a diamond single crystal. The method for producing a diamond single crystal by recrystallization according to claim 1, 2, 3, or 4, which is a solid substance that does not react with a solvent or carbon under growing conditions.
ド塊の構成，形態，溶解条件によって決定される溶解お
よび再結晶化温度領域の溶解温度に一定時間保持して行
うものであり、 再結晶化処理は、上記温度領域の範囲内で溶解処理温度
より低温に保持して行うものであることを特徴とする請
求項１，２，３，４又は５に記載のダイヤモンド単結晶
の製造方法。6. The recrystallization is carried out by holding for a certain period of time at a melting temperature in the melting and recrystallization temperature region determined by the solvent composition, the composition and morphology of the starting diamond ingot, and the melting conditions. The method for producing a diamond single crystal according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the treatment is carried out while being kept at a temperature lower than the melting treatment temperature within the temperature range.
成，原料ダイヤモンド塊の構成，形態，溶解条件によっ
て決定される溶解および再結晶化温度領域内の溶解温度
に原料ダイヤモンド塊をさらし、それを部分的に溶解
し、これに続きダイヤモンド単結晶の成長を自発的に進
行させるものであることを特徴とする請求項１，２，
３，４又は５に記載のダイヤモンド単結晶の製造方法。7. The melting treatment and the recrystallization treatment are performed by exposing the raw diamond mass to a melting temperature within a melting and recrystallization temperature region determined by a solvent composition, a composition, a morphology and a melting condition of the raw diamond mass. The method is characterized in that the diamond is partially melted, and subsequently the diamond single crystal is allowed to grow spontaneously.
The method for producing a diamond single crystal according to 3, 4, or 5.
ヤモンド塊と実質的に同一の大きさ，形態を持つダイヤ
モンド単結晶を形成させる処理であって、再結晶化した
ダイヤモンド単結晶は、欠陥濃度、不純物濃度などが原
料ダイヤモンド塊とは異なるダイヤモンド単結晶である
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７
に記載のダイヤモンド単結晶の製造方法。8. The recrystallization treatment is a treatment for forming a diamond single crystal having substantially the same size and morphology as the raw material diamond ingot before the melting treatment, and the recrystallized diamond single crystal is 8. A diamond single crystal having a defect concentration, an impurity concentration, etc. different from that of the raw diamond ingot, 8.
The method for producing a diamond single crystal as described in 1.
溶解したあとの、中性物質内にダイヤモンド単結晶を成
長させる処理であることを特徴とする請求項１，２，
３，４，５，６，７又は８に記載のダイヤモンド単結晶
の製造方法。9. The recrystallization treatment is a treatment for growing a diamond single crystal in a neutral substance after the raw material diamond ingot is melted.
The method for producing a diamond single crystal according to 3, 4, 5, 6, 7 or 8.
料ダイヤモンド塊の炭素成分とともに溶媒中に補給され
た炭素成分を取り込んでそれらをダイヤモンド単結晶に
変換する処理であることを特徴とする請求項１，２，
３，４，５，６，７，８又は９に記載のダイヤモンド単
結晶の製造方法。10. The recrystallization treatment is a treatment for taking in a carbon component supplemented in a solvent together with a carbon component of a raw diamond ingot dissolved in a solvent and converting them into a diamond single crystal. Claims 1, 2,
The method for producing a diamond single crystal according to 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33665095A JP3855177B2 (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Method for producing diamond single crystal by recrystallization |
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| JP33665095A JP3855177B2 (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Method for producing diamond single crystal by recrystallization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09175807A true JPH09175807A (en) | 1997-07-08 |
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ID=18301367
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| JP33665095A Expired - Lifetime JP3855177B2 (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Method for producing diamond single crystal by recrystallization |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3855177B2 (en) |
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| JP2008542168A (en) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | カーネギー インスチチューション オブ ワシントン | Colorless single crystal CVD diamond at high growth rate |
| JP2021515741A (en) * | 2018-03-01 | 2021-06-24 | ビジネス リサーチ アンド ダイアモンズ、エセ．エレ． | A method for obtaining synthetic diamond from sucrose and an apparatus for carrying out the above method. |
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