JP2004176132A - ナノダイヤモンド膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】種々の材質の基板上に低温で成膜可能な、ナノメートルオーダーの微細な結晶粒子からなる、表面が平滑なナノダイヤモンド膜およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】基体上に合成されて成り、結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満であるナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】基体上に合成されて成り、結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満であるナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノメートルオーダーの微細なダイヤモンド結晶からなるナノダイヤモンド膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素原子のｓｐ３混成軌道による共有結合により結合したダイヤモンドは、その高い結合エネルギーに起因して、他の材料には得られない特異な物性を有することは広く知られている。近年、化学的気相成長法（ＣＶＤ）法を用いて、低圧で高品質の膜状のダイヤモンド（ダイヤモンド膜）を合成して成膜することが可能となった。成膜法としては、一般的に熱フィラメントＣＶＤやマイクロ波ＣＶＤが用いられている。
【０００３】
このようなダイヤモンド膜の成膜法によると、ダイヤモンド基板（天然あるいは高圧合成ダイヤモンド）上には、ホモエピタキシャル膜として単結晶ダイヤモンド膜を形成することができる。一方、シリコン、金属あるいは石英基板上には、ヘテロエピタキシャル膜として多結晶ダイヤモンド膜を形成することが出来る。
【０００４】
しかしながら、確かにダイヤモンド基板上には高品質の単結晶ダイヤモンド膜が合成できるが、この場合、天然石あるいは高温高圧合成ダイヤモンドを基板として用いる必要があり、そのような基板の大きさは現状では最大でも１０ｍｍ角程度が限界である。
【０００５】
一方、ヘテロエピタキシャル膜すなわち多結晶ダイヤモンド膜は、シリコンなどの比較的大面積の基板上に成膜することができるが、多結晶であるため、表面の凹凸が著しく大きい。即ち、多結晶ダイヤモンド膜を構成する結晶粒子は粒径が１〜１０μｍと大きいため、膜表面の凹凸が大きいものであった。
【０００６】
更に、ホモエピタキシャル膜及びヘテロエピタキシャル膜の合成には、いずれも８００℃以上の高温の基板温度が必要であるため、高価なダイヤモンド、単結晶シリコン及び石英などの高耐熱性基板が必要とされる。従って、例えばディスプレイ用などのガラス基板や高分子基板のなどの安価で大面積対応の基板を用いることは不可能である。
【０００７】
以上のように、従来のダイヤモンド膜はいづれも、基板材料などのコストあるいは大面積化などの面で実用化が困難であった。
【０００８】
このようなことから、種々の材質の大面積の基板上に低温で成膜される、ナノメートルオーダーの微細な結晶粒子からなる、表面が平滑なナノダイヤモンド膜が望まれるが、そのような膜およびその成膜法は、未だ見出されていない。
【０００９】
なお、カーボンナノチューブを１６００℃以上、１０ＧＰａ以上という高温高圧で、粒径２０〜５０ｎｍサイズのダイヤモンドを作成する技術が見出されているが、これは膜ではなく、粒子である（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−６６３０２号公報（請求項１，２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、種々の材質の基体上に、それぞれの基体に適当な温度で成膜可能な、ナノメートルオーダーの微細な結晶粒子からなる、表面が平滑なナノダイヤモンド膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基体上に合成された、結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満であるナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むことを特徴とするナノダイヤモンド膜を提供する。
【００１３】
本発明のナノダイヤモンド膜は、結晶粒径がナノメーターオーダーであるが、個々のナノ粒子はダイヤモンド結晶であるため、単結晶あるいは多結晶ダイヤモンドと同様の物性を示す。即ち、本発明のナノダイヤモンド膜は、ナノサイズの結晶ながらダイヤモンドに特有の各種物性を有する。
【００１４】
また、不純物元素のドープが可能で、ドープ種及び量により半導体制御が可能である。さらに、表面処理も有効で、各種官能基の付与による表面物性の改質も可能である。
【００１５】
本発明のナノダイヤモンド膜は、不純物がドープされていることが望ましい。不純物としては、硫黄、硼素、酸素、隣、窒素および珪素からなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることが望ましい。
【００１６】
ドープされる不純物の種類により、ｎ型またはｐ型の不純物伝導性を示し、半導体特性が得られるとともに、高い電気伝導性を得ることが出来る。
【００１７】
本発明のナノダイヤモンド膜が形成される基体は、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板、及び高分子基板からなる群から選ばれた少なくとも一種とすることが出来る。即ち、本発明のナノダイヤモンド膜は、ダイヤモンド基板以外の実用的な基板上に、ダイヤモンドと同等の物性を有する膜として成膜され得る。例えば、５００℃無いし９００℃の高温プロセスに用いる実用的な基板として、シリコン基板、石英基板、金属基板、セラミック基板を使用し得る一方、３００℃無いし５００℃の低温プロセスに用いる実用的な基板としてガラス基板を、更に１００℃〜３００℃用に実用的な基板として、高分子基板を用いることが出来る。
【００１８】
本発明のナノダイヤモンド膜は、膜の表面が電子供与基で終端されていることが望ましい。このように、ナノダイヤモンド膜の表面に電子供与基終端構造を形成することにより、膜の表面に導電性を付与することができる。また、本発明のナノダイヤモンド膜表面は低い仕事関数を有するため、特に、各種電極への応用において、高い電子放出特性や電子注入特性などの実用特性を得ることが可能である。
【００１９】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、膜の表面が電子受容基で終端されていることが望ましい。このように、ナノダイヤモンド膜の表面に電子受容基終端構造を形成することにより、ナノダイヤモンド膜表面は高い仕事関数を有するため、特に、各種電極への応用において、高い正孔注入特性などの実用特性を得ることが可能である。
【００２０】
更に、本発明のナノダイヤモンド膜を弗素や塩素などのハロゲン原子で終端した場合には、ナノダイヤモンド膜表面は低い摩擦係数を有するため、マイクロマシンなどの機械部品への応用に適し、また表面を疎水性、撥水性にすることが可能である。
【００２１】
本発明は、基体上に、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、プラズマ領域外において成膜することを特徴とするナノダイヤモンド膜の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明のナノダイヤモンド膜の製造方法では、ＣＶＤ法に用いられる原料ガスの炭化水素と水素の割合を制御することにより、結晶性等の構造や導電性あるいは半導体特性等の異なるナノダイヤモンド膜を得ることができる。従って、用途に応じて物性を容易に制御することが可能となる。
【００２３】
また、成膜は、プラズマ領域外で行われるため、成膜温度をより低温に保つことができ、粒径の制御が可能となる。
【００２４】
本発明の方法において、基体温度が１００℃以上９００℃以下の条件で成膜することが望ましい。通常、単結晶及び多結晶ダイヤモンド膜の成膜温度は８００℃以上であるが、本発明の方法では、成膜温度を大幅に低下させることが可能である。基体温度により、ナノダイヤモンド膜を構成する結晶粒子の粒径を制御することができ、各種構造及び物性制御が可能となる。
【００２５】
本発明の方法では、ナノダイヤモンド膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法で成膜することが望ましい。高密度プラズマ源であるマイクロ波プラズマを用いることにより、原料ガスである炭化水素をより効率よく分解することが可能となり、膜質の向上及び成膜のスループットを向上することが出来る。
【００２６】
本発明の方法では、ナノダイヤモンド膜は、ＣＶＤチャンバー内の反応ガス流の下流に基体を設置して成膜することが望ましい。基体を反応ガスの下流に置くことにより、基体表面へのイオンの入射が容易となり、良好な膜質を得ることが出来る。
【００２７】
本発明の方法では、原料ガスに、硫化水素または酸化硫黄、ジボラン、酸素、二酸化炭素、ホスフィン、アンモニアまたは窒素、およびシランからなる群から選ばれた少なくとも１種の添加ガスを加えることも可能である。このような添加ガスの種類及び添加料を制御することにより、結晶性等の構造及び導電性等の物性の異なるダイヤモンド膜を得ることが可能となり、物性向上の制御が容易となる。
【００２８】
本発明の方法では、ナノダイヤモンド膜は、１００℃から９００℃の広範囲の基体温度で作製可能であるため、各種実用基板を用いることができる。即ち、本発明の方法に用いられる基体は、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板、及び高分子基板からなる群から選ばれた少なくとも一種とすることが出来る。本発明の方法によると、ダイヤモンド基板以外の実用的な基板上に、ダイヤモンドと同等の物性を有するナノダイヤモンド膜を成膜することが出来る。例えば、５００℃〜９００℃の高温プロセスに用いる実用的な基板として、シリコン基板、石英基板、金属基板、セラミック基板を使用し得る一方、３００℃〜５００℃の低温プロセスに用いる実用的な基板として、ガラス基板を、更に１００℃〜３００℃用に実用的な基板として、高分子基板を用いることが出来る。
【００２９】
本発明の方法では、プラズマＣＶＤによりナノダイヤモンド膜を成膜した後、マイクロ波あるいは高周波を用いて、ナノダイヤモンド膜表面に水素プラズマ処理を施すことができる。この水素プラズマ処理により、ナノダイヤモンド膜表面を電子供与基である水素で終端することが出来、その結果、化学的に非常に安定な表面状態が得られ、更には、表面伝導現象により高電気伝導率を示すとともに負の電子親和力を示し、また低仕事関数表面を得ることが可能である。
【００３０】
本発明の方法では、プラズマＣＶＤによりナノダイヤモンド膜を成膜した後、マイクロ波または高周波を用いて、ナノダイヤモンド膜表面に弗素系あるいは塩素系ガスによるプラズマ処理を施すことが出来る。このハロゲン化プラズマ処理により、ナノダイヤモンド膜表面を電子受容基であるハロゲン原子で終端することが出来、その結果、化学的に非常に安定な表面状態が得られ、更には、低摩擦係数を示し、また高仕事関数表面を得ることが可能である。
【００３１】
以上の本発明の方法によると、高品質のダイヤモンドを、広範囲の基体温度で実用基板上に成膜することが出来る。また、結晶粒子はナノメーターオーダーの粒径を有すため、表面形状も平坦であり、実用途に適した膜を作製することが出来る。更に、不純物制御ならびに表面を制御することが可能となり、ナノダイヤモンド膜表面に実用に適した各種機能性を容易にかつ制御性高く付与することができる。
【００３２】
また、不純物制御により半導体特性が得られ、高電子移動度および高正孔移動度を有するダイヤモンド膜として、広範な用途に適用することが出来る。例えば、荷電粒子線マスク、リソグラフィー用ハードマスク、マイクロマシーン、工具及び磁気ヘッドの被覆材料、冷陰極電子源、電界発光素子ならびに液晶ディスプレイなどの薄型ディスプレイデバイス用及び太陽電池用電極膜、表面弾性波素子、バイオチップ、電気化学反応用電極、二次電池ならびに燃料電池用電極等の炭素系材料の応用分野に適用することが可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るナノダイヤモンド膜について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係るナノダイヤモンド膜を示す断面図である。
【００３５】
支持基板（基体）１としては、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板または高分子基板などを用いることができる。
【００３６】
また、ここでは、平面基板を図示しているが、立体的な基体、例えば円筒状体、球体であってもよい。
【００３７】
支持基板１上に成膜されたナノダイヤモンド膜２は、少なくとも結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満のダイヤモンド結晶粒子を含む。このときナノダイヤモンド膜は、結晶粒径が１ｎｍ未満では、微結晶質で粒界が多いか又は非晶質成分が多く、ダイヤモンドが有する固有の特性が得られない。また、粒径が１０００ｎｍ以上では、表面の凹凸が大きくなり、パターニングなどの加工プロセス等に不適であり、また他材料との積層構造を作製しにくい等、実用途に不適となる。好ましい結晶粒径の範囲は、１０〜１００ｎｍである。
【００３８】
なお、本発明のナノダイヤモンド膜は、１ｎｍ未満、１０００ｎｍを超える結晶粒径の結晶粒子を完全に排除することを意図するものではなく、１ｎｍ未満、１０００ｎｍを超える結晶粒径の結晶粒子がわずかに存在しても、充分に本発明の効果を可能である。即ち、ナノダイヤモンド膜中の８０％以上が結晶粒径１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満のダイヤモンド結晶粒子であればよい。
【００３９】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、不純物、特に、硫黄、硼素、酸素、窒素および珪素のいずれか一種以上をドープしたものであるのが望ましい。これらの不純物をドープすることで、例えばドナーとして機能する硫黄、窒素、アクセプタとして機能する硼素は、不純物伝導により膜自体の導電性を向上させることができ、更には半導体特性を得ることも可能である。
【００４０】
ナノダイヤモンド膜中にドープされる不純物の濃度は、ナノダイヤモンド膜の特性を損なわない範囲であればよく、例えば１０１６〜１０２１／ｃｍ３である。
【００４１】
ナノダイヤモンド膜の膜厚は、特に限定されず、用途に応じて適宜選択することが可能である。
更に、ナノダイヤモンド膜の表面は、電子供与基で終端されていることが望ましい。電子供与基としては、Ｈ基、ＯＲ（ＲはＨまたはアルキル基）基を挙げることが出来る。このような、表面化学吸着構造をとることにより、表面導電層が形成され高導電性を得ることができるとともに、負の電子親和力及び低仕事関数表面を有するナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００４２】
ナノダイヤモンド膜の表面をＨ基で終端する方法としては、プラズマＣＶＤによる成膜後、ナノダイヤモンド膜の表面に水素プラズマ処理を施す方法が挙げられる。また、ナノダイヤモンド膜の表面をＯＲ基で終端する方法としては、プラズマＣＶＤによる成膜後、ナノダイヤモンド膜の表面を、ウィリアムソン法で処理する方法が挙げられる。
【００４３】
また、一方では、ナノダイヤモンド膜の表面は、電子受容基で終端されていることが望ましい。電子受容基としては、Ｆ基、Ｃｌ基を挙げることが出来る。このような、表面化学吸着構造をとることにより、低い摩擦特性及び高仕事関数表面を有するナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００４４】
ナノダイヤモンド膜の表面をＦ基、Ｃｌ基で終端する方法としては、プラズマＣＶＤによる成膜後、ナノダイヤモンド膜の表面に弗素系あるいは塩素系ガスによるプラズマ処理を施す方法が挙げられる。弗素系ガスとしては、ＣＦ４、ＳＦ６、塩素系ガスとしては、Ｃｌ２、ＣＣｌ４を用いることが出来る。
【００４５】
以上のように構成される本実施形態に係るナノダイヤモンド膜では、粒径を制御あるいは不純物を添加することで、膜の特性を制御することが可能である。粒径の制御は、成膜の際の基板温度を制御することにより行うことが出来る。不純物の添加による膜特性の制御は、不純物の種類、ドープ量を制御することにより行うことが出来る。
【００４６】
本実施形態に係るナノダイヤモンド膜は、結晶性が高いため、ダイヤモンドと同等の各種物性を有する。また、表面が非常に平坦であるため、微細加工及び積層デバイスの形成を容易に行うことが出来る。例えば、高硬度、高ヤング率、高化学耐性、高耐熱性、高熱伝導性、ワイドバンドギャップ、高抵抗率等の各種用途への適用を可能とする優れた物性を有する。
【００４７】
次に、以上説明した本実施形態に係るナノダイヤモンド膜の製造方法について説明する。
本実施形態に係るナノダイヤモンド膜は、炭化水素と水素を含む原料ガスを用いてＣＶＤ法により成膜することができる。この場合、水素は、炭化水素のための希釈ガスとしての役割と、結晶化促進のための役割の双方の役割を果たしているものと考えられる。炭化水素と水素の割合は、炭化水素の種類にもよるが、通常、１：９９〜５０：５０、特に好ましくは５：９５〜２０：８０である。原料ガス中の水素の割合が少なすぎる場合には、アモルファスカーボンとなり、多すぎる場合には、１０００ｎｍ以上の粒径の粒子が多いダイヤモンド膜となる。
【００４８】
なお、炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン等を用いることが出来るが、これらの中ではメタンが最も好ましい。
【００４９】
また、炭化水素と水素を含む原料ガスに、硫化水素または酸化硫黄、ジボラン、酸素、二酸化炭素、ホスフィン、アンモニアまたは窒素、およびシランからなる群から選ばれた少なくとも１種を加えることも可能である。このような添加ガスの割合を制御することにより、結晶性等の構造及び導電性等の物性の異なるダイヤモンド膜を得ることが可能となり、物性向上の制御が容易となる。
【００５０】
本発明のナノダイヤモンド膜は、２０℃以上９００℃以下、好ましくは３００℃以上、６００℃以下の範囲の基板温度で成膜することが望ましい。その結晶粒径は、基板温度により制御することが出来る。
【００５１】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、高密度プラズマ源であるマイクロ波プラズマＣＶＤ法、またはＥＣＲプラズマ法を用いて成膜することができる。これらの方法によると、原料である炭化水素をより効率よく分解することが可能となり、膜質及びスループットの向上が可能となる。
【００５２】
更に、本発明のナノダイヤモンド膜は、プラズマＣＶＤ法を用いる場合、プラズマ領域の外で成膜することが必要である。プラズマ領域の外では、成膜温度をより低温に維持することができ、かつラジカルを有効に使用できるので、１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満の粒径のナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５３】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、ＣＶＤチャンバー内の反応ガス流の下流に基板を設置して作製することが望ましい。反応ガスの下流に置くことで、ラジカルの入射が容易となり、良好な膜質を得ることができる。
【００５４】
ここでナノダイヤモンド膜は、５００℃〜９００℃の基体温度では、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板を用いることができる。また、３００℃〜５００℃の基体温度では、前記基板の他ガラス基板を、１００℃〜３００℃の基体温度では、高分子基板を用いることができる。
【００５５】
例えば、基体としてシリコン基板を用いると、荷電粒子線マスクやリソグラフィー用ハードマスク、マイクロマシーンなどの応用に適したナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５６】
また、基体としてガラス基板または高分子基板を用いた場合、冷陰極電子源、電界発光素子ならびに液晶ディスプレイなどの薄型ディスプレイデバイス用及び太陽電池用電極膜等に応用するに適したナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５７】
さらに、基体として金属（基板と限らず立体形状でも可）を用いた場合には、電気化学電極あるいは工具、磁気ヘッドへの被覆膜として応用するに適したナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
実施例１
図２（ａ）に示すように、厚み５２５μｍの単結晶シリコン基板１１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、ナノダイヤモンド膜１２を成膜した。
【００６０】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は、次の通りである。
【００６１】
原料ガス：メタン（流量２ｓｃｃｍ）、水素（流量１８ｓｃｃｍ）
ドープガス：硫化水素（原料ガスに対し０．０１〜５体積％）
基板温度：５００℃
反応圧力：４０Ｔｏｒｒ
ＭＷパワー：５００Ｗ。
【００６２】
以上の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚５００ｎｍのナノダイヤモンド膜１２を成膜した。成膜終了時、ナノダイヤモンド膜１２の表面に、水素プラズマ処理を５分間施した。
【００６３】
以上のように作製されたナノダイヤモンド膜１２を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、ナノメーターオーダーの結晶粒径を確認することができた。また同時に、電子線エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）により、ｓｐ３（ダイヤモンド結合）の存在を確認することができた。
【００６４】
また、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により表面の吸着種を同定した結果、炭素のみが検出され、酸素は存在しないことが確認された。更に、紫外線光電子分光法（ＵＰＳ）による測定から、負の電子親和力（ＮＥＡ）が確認された。表面の電気伝導性を測定した結果、数ｋΩのシート抵抗が得られた。
【００６５】
実施例２
図２（ｂ）に示すように、厚み１．１ｍｍのガラス基板２１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、ナノダイヤモンド膜２２を成膜した。
【００６６】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は、次の通りである。
【００６７】
原料ガス：メタン（流量２ｓｃｃｍ）、水素（流量１８ｓｃｃｍ）
ドープガス：硫化水素（原料ガスに対し０．０１〜５体積％）
基板温度：３００℃
反応圧力：４０Ｔｏｒｒ
ＭＷパワー：５００Ｗ。
【００６８】
以上の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚５００ｎｍのナノダイヤモンド膜２２を成膜した。成膜終了時、ナノダイヤモンド膜２２の表面に、水素プラズマ処理を５分間施した。
【００６９】
その結果、本実施例においても、実施例１で得たのと同様のナノダイヤモンド膜２２が得られた。
【００７０】
実施例３
図２（ｃ）に示すように、厚み１ｍｍの高分子基板３１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、ナノダイヤモンド膜３２を成膜した。
【００７１】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は、次の通りである。
【００７２】
原料ガス：メタン（流量２ｓｃｃｍ）、水素（流量１８ｓｃｃｍ）
ドープガス：硫化水素（原料ガスに対し０．０１〜５体積％）
基板温度：１００℃
反応圧力：４０Ｔｏｒｒ
ＭＷパワー：２００Ｗ。
【００７３】
以上の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚３００ｎｍのナノダイヤモンド膜３２を成膜した。成膜終了時、ナノダイヤモンド膜３２の表面に、水素プラズマ処理を５分間施した。
【００７４】
その結果、本実施例においても、実施例１で得たのと同様のナノダイヤモンド膜３２が得られた。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のナノダイヤモンド膜は、結晶粒径１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満のナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むものであるため、ダイヤモンドと同等の物性を示すとともに、不純物ドープにより半導体特性を発現することが出来、更に表面処理により表面物性を制御することが可能である。また、表面の平坦性に優れ、かつ低温で成膜可能であるため、シリコン基板、ガラス基板、高分子基板等の様々な基板上に成膜することが出来る。従って、ダイヤモンドの優れた材料物性を保ちつつ、実用基板上に容易に成膜することが出来ることから、様々なアプリケーションに適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るナノダイヤモンド膜を示す断面図。
【図２】本発明の一実施例に係るナノダイヤモンド膜の製造プロセスを示す断面図。
【符号の説明】
１…基体
２、１２，２２，３２…ナノダイヤモンド膜
１１…単結晶シリコン基板
２１…ガラス基板
３１…高分子基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノメートルオーダーの微細なダイヤモンド結晶からなるナノダイヤモンド膜およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素原子のｓｐ３混成軌道による共有結合により結合したダイヤモンドは、その高い結合エネルギーに起因して、他の材料には得られない特異な物性を有することは広く知られている。近年、化学的気相成長法（ＣＶＤ）法を用いて、低圧で高品質の膜状のダイヤモンド（ダイヤモンド膜）を合成して成膜することが可能となった。成膜法としては、一般的に熱フィラメントＣＶＤやマイクロ波ＣＶＤが用いられている。
【０００３】
このようなダイヤモンド膜の成膜法によると、ダイヤモンド基板（天然あるいは高圧合成ダイヤモンド）上には、ホモエピタキシャル膜として単結晶ダイヤモンド膜を形成することができる。一方、シリコン、金属あるいは石英基板上には、ヘテロエピタキシャル膜として多結晶ダイヤモンド膜を形成することが出来る。
【０００４】
しかしながら、確かにダイヤモンド基板上には高品質の単結晶ダイヤモンド膜が合成できるが、この場合、天然石あるいは高温高圧合成ダイヤモンドを基板として用いる必要があり、そのような基板の大きさは現状では最大でも１０ｍｍ角程度が限界である。
【０００５】
一方、ヘテロエピタキシャル膜すなわち多結晶ダイヤモンド膜は、シリコンなどの比較的大面積の基板上に成膜することができるが、多結晶であるため、表面の凹凸が著しく大きい。即ち、多結晶ダイヤモンド膜を構成する結晶粒子は粒径が１〜１０μｍと大きいため、膜表面の凹凸が大きいものであった。
【０００６】
更に、ホモエピタキシャル膜及びヘテロエピタキシャル膜の合成には、いずれも８００℃以上の高温の基板温度が必要であるため、高価なダイヤモンド、単結晶シリコン及び石英などの高耐熱性基板が必要とされる。従って、例えばディスプレイ用などのガラス基板や高分子基板のなどの安価で大面積対応の基板を用いることは不可能である。
【０００７】
以上のように、従来のダイヤモンド膜はいづれも、基板材料などのコストあるいは大面積化などの面で実用化が困難であった。
【０００８】
このようなことから、種々の材質の大面積の基板上に低温で成膜される、ナノメートルオーダーの微細な結晶粒子からなる、表面が平滑なナノダイヤモンド膜が望まれるが、そのような膜およびその成膜法は、未だ見出されていない。
【０００９】
なお、カーボンナノチューブを１６００℃以上、１０ＧＰａ以上という高温高圧で、粒径２０〜５０ｎｍサイズのダイヤモンドを作成する技術が見出されているが、これは膜ではなく、粒子である（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−６６３０２号公報（請求項１，２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、種々の材質の基体上に、それぞれの基体に適当な温度で成膜可能な、ナノメートルオーダーの微細な結晶粒子からなる、表面が平滑なナノダイヤモンド膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基体上に合成された、結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満であるナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むことを特徴とするナノダイヤモンド膜を提供する。
【００１３】
本発明のナノダイヤモンド膜は、結晶粒径がナノメーターオーダーであるが、個々のナノ粒子はダイヤモンド結晶であるため、単結晶あるいは多結晶ダイヤモンドと同様の物性を示す。即ち、本発明のナノダイヤモンド膜は、ナノサイズの結晶ながらダイヤモンドに特有の各種物性を有する。
【００１４】
また、不純物元素のドープが可能で、ドープ種及び量により半導体制御が可能である。さらに、表面処理も有効で、各種官能基の付与による表面物性の改質も可能である。
【００１５】
本発明のナノダイヤモンド膜は、不純物がドープされていることが望ましい。不純物としては、硫黄、硼素、酸素、隣、窒素および珪素からなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることが望ましい。
【００１６】
ドープされる不純物の種類により、ｎ型またはｐ型の不純物伝導性を示し、半導体特性が得られるとともに、高い電気伝導性を得ることが出来る。
【００１７】
本発明のナノダイヤモンド膜が形成される基体は、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板、及び高分子基板からなる群から選ばれた少なくとも一種とすることが出来る。即ち、本発明のナノダイヤモンド膜は、ダイヤモンド基板以外の実用的な基板上に、ダイヤモンドと同等の物性を有する膜として成膜され得る。例えば、５００℃無いし９００℃の高温プロセスに用いる実用的な基板として、シリコン基板、石英基板、金属基板、セラミック基板を使用し得る一方、３００℃無いし５００℃の低温プロセスに用いる実用的な基板としてガラス基板を、更に１００℃〜３００℃用に実用的な基板として、高分子基板を用いることが出来る。
【００１８】
本発明のナノダイヤモンド膜は、膜の表面が電子供与基で終端されていることが望ましい。このように、ナノダイヤモンド膜の表面に電子供与基終端構造を形成することにより、膜の表面に導電性を付与することができる。また、本発明のナノダイヤモンド膜表面は低い仕事関数を有するため、特に、各種電極への応用において、高い電子放出特性や電子注入特性などの実用特性を得ることが可能である。
【００１９】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、膜の表面が電子受容基で終端されていることが望ましい。このように、ナノダイヤモンド膜の表面に電子受容基終端構造を形成することにより、ナノダイヤモンド膜表面は高い仕事関数を有するため、特に、各種電極への応用において、高い正孔注入特性などの実用特性を得ることが可能である。
【００２０】
更に、本発明のナノダイヤモンド膜を弗素や塩素などのハロゲン原子で終端した場合には、ナノダイヤモンド膜表面は低い摩擦係数を有するため、マイクロマシンなどの機械部品への応用に適し、また表面を疎水性、撥水性にすることが可能である。
【００２１】
本発明は、基体上に、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、プラズマ領域外において成膜することを特徴とするナノダイヤモンド膜の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明のナノダイヤモンド膜の製造方法では、ＣＶＤ法に用いられる原料ガスの炭化水素と水素の割合を制御することにより、結晶性等の構造や導電性あるいは半導体特性等の異なるナノダイヤモンド膜を得ることができる。従って、用途に応じて物性を容易に制御することが可能となる。
【００２３】
また、成膜は、プラズマ領域外で行われるため、成膜温度をより低温に保つことができ、粒径の制御が可能となる。
【００２４】
本発明の方法において、基体温度が１００℃以上９００℃以下の条件で成膜することが望ましい。通常、単結晶及び多結晶ダイヤモンド膜の成膜温度は８００℃以上であるが、本発明の方法では、成膜温度を大幅に低下させることが可能である。基体温度により、ナノダイヤモンド膜を構成する結晶粒子の粒径を制御することができ、各種構造及び物性制御が可能となる。
【００２５】
本発明の方法では、ナノダイヤモンド膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法で成膜することが望ましい。高密度プラズマ源であるマイクロ波プラズマを用いることにより、原料ガスである炭化水素をより効率よく分解することが可能となり、膜質の向上及び成膜のスループットを向上することが出来る。
【００２６】
本発明の方法では、ナノダイヤモンド膜は、ＣＶＤチャンバー内の反応ガス流の下流に基体を設置して成膜することが望ましい。基体を反応ガスの下流に置くことにより、基体表面へのイオンの入射が容易となり、良好な膜質を得ることが出来る。
【００２７】
本発明の方法では、原料ガスに、硫化水素または酸化硫黄、ジボラン、酸素、二酸化炭素、ホスフィン、アンモニアまたは窒素、およびシランからなる群から選ばれた少なくとも１種の添加ガスを加えることも可能である。このような添加ガスの種類及び添加料を制御することにより、結晶性等の構造及び導電性等の物性の異なるダイヤモンド膜を得ることが可能となり、物性向上の制御が容易となる。
【００２８】
本発明の方法では、ナノダイヤモンド膜は、１００℃から９００℃の広範囲の基体温度で作製可能であるため、各種実用基板を用いることができる。即ち、本発明の方法に用いられる基体は、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板、及び高分子基板からなる群から選ばれた少なくとも一種とすることが出来る。本発明の方法によると、ダイヤモンド基板以外の実用的な基板上に、ダイヤモンドと同等の物性を有するナノダイヤモンド膜を成膜することが出来る。例えば、５００℃〜９００℃の高温プロセスに用いる実用的な基板として、シリコン基板、石英基板、金属基板、セラミック基板を使用し得る一方、３００℃〜５００℃の低温プロセスに用いる実用的な基板として、ガラス基板を、更に１００℃〜３００℃用に実用的な基板として、高分子基板を用いることが出来る。
【００２９】
本発明の方法では、プラズマＣＶＤによりナノダイヤモンド膜を成膜した後、マイクロ波あるいは高周波を用いて、ナノダイヤモンド膜表面に水素プラズマ処理を施すことができる。この水素プラズマ処理により、ナノダイヤモンド膜表面を電子供与基である水素で終端することが出来、その結果、化学的に非常に安定な表面状態が得られ、更には、表面伝導現象により高電気伝導率を示すとともに負の電子親和力を示し、また低仕事関数表面を得ることが可能である。
【００３０】
本発明の方法では、プラズマＣＶＤによりナノダイヤモンド膜を成膜した後、マイクロ波または高周波を用いて、ナノダイヤモンド膜表面に弗素系あるいは塩素系ガスによるプラズマ処理を施すことが出来る。このハロゲン化プラズマ処理により、ナノダイヤモンド膜表面を電子受容基であるハロゲン原子で終端することが出来、その結果、化学的に非常に安定な表面状態が得られ、更には、低摩擦係数を示し、また高仕事関数表面を得ることが可能である。
【００３１】
以上の本発明の方法によると、高品質のダイヤモンドを、広範囲の基体温度で実用基板上に成膜することが出来る。また、結晶粒子はナノメーターオーダーの粒径を有すため、表面形状も平坦であり、実用途に適した膜を作製することが出来る。更に、不純物制御ならびに表面を制御することが可能となり、ナノダイヤモンド膜表面に実用に適した各種機能性を容易にかつ制御性高く付与することができる。
【００３２】
また、不純物制御により半導体特性が得られ、高電子移動度および高正孔移動度を有するダイヤモンド膜として、広範な用途に適用することが出来る。例えば、荷電粒子線マスク、リソグラフィー用ハードマスク、マイクロマシーン、工具及び磁気ヘッドの被覆材料、冷陰極電子源、電界発光素子ならびに液晶ディスプレイなどの薄型ディスプレイデバイス用及び太陽電池用電極膜、表面弾性波素子、バイオチップ、電気化学反応用電極、二次電池ならびに燃料電池用電極等の炭素系材料の応用分野に適用することが可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るナノダイヤモンド膜について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係るナノダイヤモンド膜を示す断面図である。
【００３５】
支持基板（基体）１としては、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板または高分子基板などを用いることができる。
【００３６】
また、ここでは、平面基板を図示しているが、立体的な基体、例えば円筒状体、球体であってもよい。
【００３７】
支持基板１上に成膜されたナノダイヤモンド膜２は、少なくとも結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満のダイヤモンド結晶粒子を含む。このときナノダイヤモンド膜は、結晶粒径が１ｎｍ未満では、微結晶質で粒界が多いか又は非晶質成分が多く、ダイヤモンドが有する固有の特性が得られない。また、粒径が１０００ｎｍ以上では、表面の凹凸が大きくなり、パターニングなどの加工プロセス等に不適であり、また他材料との積層構造を作製しにくい等、実用途に不適となる。好ましい結晶粒径の範囲は、１０〜１００ｎｍである。
【００３８】
なお、本発明のナノダイヤモンド膜は、１ｎｍ未満、１０００ｎｍを超える結晶粒径の結晶粒子を完全に排除することを意図するものではなく、１ｎｍ未満、１０００ｎｍを超える結晶粒径の結晶粒子がわずかに存在しても、充分に本発明の効果を可能である。即ち、ナノダイヤモンド膜中の８０％以上が結晶粒径１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満のダイヤモンド結晶粒子であればよい。
【００３９】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、不純物、特に、硫黄、硼素、酸素、窒素および珪素のいずれか一種以上をドープしたものであるのが望ましい。これらの不純物をドープすることで、例えばドナーとして機能する硫黄、窒素、アクセプタとして機能する硼素は、不純物伝導により膜自体の導電性を向上させることができ、更には半導体特性を得ることも可能である。
【００４０】
ナノダイヤモンド膜中にドープされる不純物の濃度は、ナノダイヤモンド膜の特性を損なわない範囲であればよく、例えば１０１６〜１０２１／ｃｍ３である。
【００４１】
ナノダイヤモンド膜の膜厚は、特に限定されず、用途に応じて適宜選択することが可能である。
更に、ナノダイヤモンド膜の表面は、電子供与基で終端されていることが望ましい。電子供与基としては、Ｈ基、ＯＲ（ＲはＨまたはアルキル基）基を挙げることが出来る。このような、表面化学吸着構造をとることにより、表面導電層が形成され高導電性を得ることができるとともに、負の電子親和力及び低仕事関数表面を有するナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００４２】
ナノダイヤモンド膜の表面をＨ基で終端する方法としては、プラズマＣＶＤによる成膜後、ナノダイヤモンド膜の表面に水素プラズマ処理を施す方法が挙げられる。また、ナノダイヤモンド膜の表面をＯＲ基で終端する方法としては、プラズマＣＶＤによる成膜後、ナノダイヤモンド膜の表面を、ウィリアムソン法で処理する方法が挙げられる。
【００４３】
また、一方では、ナノダイヤモンド膜の表面は、電子受容基で終端されていることが望ましい。電子受容基としては、Ｆ基、Ｃｌ基を挙げることが出来る。このような、表面化学吸着構造をとることにより、低い摩擦特性及び高仕事関数表面を有するナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００４４】
ナノダイヤモンド膜の表面をＦ基、Ｃｌ基で終端する方法としては、プラズマＣＶＤによる成膜後、ナノダイヤモンド膜の表面に弗素系あるいは塩素系ガスによるプラズマ処理を施す方法が挙げられる。弗素系ガスとしては、ＣＦ４、ＳＦ６、塩素系ガスとしては、Ｃｌ２、ＣＣｌ４を用いることが出来る。
【００４５】
以上のように構成される本実施形態に係るナノダイヤモンド膜では、粒径を制御あるいは不純物を添加することで、膜の特性を制御することが可能である。粒径の制御は、成膜の際の基板温度を制御することにより行うことが出来る。不純物の添加による膜特性の制御は、不純物の種類、ドープ量を制御することにより行うことが出来る。
【００４６】
本実施形態に係るナノダイヤモンド膜は、結晶性が高いため、ダイヤモンドと同等の各種物性を有する。また、表面が非常に平坦であるため、微細加工及び積層デバイスの形成を容易に行うことが出来る。例えば、高硬度、高ヤング率、高化学耐性、高耐熱性、高熱伝導性、ワイドバンドギャップ、高抵抗率等の各種用途への適用を可能とする優れた物性を有する。
【００４７】
次に、以上説明した本実施形態に係るナノダイヤモンド膜の製造方法について説明する。
本実施形態に係るナノダイヤモンド膜は、炭化水素と水素を含む原料ガスを用いてＣＶＤ法により成膜することができる。この場合、水素は、炭化水素のための希釈ガスとしての役割と、結晶化促進のための役割の双方の役割を果たしているものと考えられる。炭化水素と水素の割合は、炭化水素の種類にもよるが、通常、１：９９〜５０：５０、特に好ましくは５：９５〜２０：８０である。原料ガス中の水素の割合が少なすぎる場合には、アモルファスカーボンとなり、多すぎる場合には、１０００ｎｍ以上の粒径の粒子が多いダイヤモンド膜となる。
【００４８】
なお、炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン等を用いることが出来るが、これらの中ではメタンが最も好ましい。
【００４９】
また、炭化水素と水素を含む原料ガスに、硫化水素または酸化硫黄、ジボラン、酸素、二酸化炭素、ホスフィン、アンモニアまたは窒素、およびシランからなる群から選ばれた少なくとも１種を加えることも可能である。このような添加ガスの割合を制御することにより、結晶性等の構造及び導電性等の物性の異なるダイヤモンド膜を得ることが可能となり、物性向上の制御が容易となる。
【００５０】
本発明のナノダイヤモンド膜は、２０℃以上９００℃以下、好ましくは３００℃以上、６００℃以下の範囲の基板温度で成膜することが望ましい。その結晶粒径は、基板温度により制御することが出来る。
【００５１】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、高密度プラズマ源であるマイクロ波プラズマＣＶＤ法、またはＥＣＲプラズマ法を用いて成膜することができる。これらの方法によると、原料である炭化水素をより効率よく分解することが可能となり、膜質及びスループットの向上が可能となる。
【００５２】
更に、本発明のナノダイヤモンド膜は、プラズマＣＶＤ法を用いる場合、プラズマ領域の外で成膜することが必要である。プラズマ領域の外では、成膜温度をより低温に維持することができ、かつラジカルを有効に使用できるので、１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満の粒径のナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５３】
また、本発明のナノダイヤモンド膜は、ＣＶＤチャンバー内の反応ガス流の下流に基板を設置して作製することが望ましい。反応ガスの下流に置くことで、ラジカルの入射が容易となり、良好な膜質を得ることができる。
【００５４】
ここでナノダイヤモンド膜は、５００℃〜９００℃の基体温度では、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板を用いることができる。また、３００℃〜５００℃の基体温度では、前記基板の他ガラス基板を、１００℃〜３００℃の基体温度では、高分子基板を用いることができる。
【００５５】
例えば、基体としてシリコン基板を用いると、荷電粒子線マスクやリソグラフィー用ハードマスク、マイクロマシーンなどの応用に適したナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５６】
また、基体としてガラス基板または高分子基板を用いた場合、冷陰極電子源、電界発光素子ならびに液晶ディスプレイなどの薄型ディスプレイデバイス用及び太陽電池用電極膜等に応用するに適したナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５７】
さらに、基体として金属（基板と限らず立体形状でも可）を用いた場合には、電気化学電極あるいは工具、磁気ヘッドへの被覆膜として応用するに適したナノダイヤモンド膜を得ることができる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
実施例１
図２（ａ）に示すように、厚み５２５μｍの単結晶シリコン基板１１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、ナノダイヤモンド膜１２を成膜した。
【００６０】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は、次の通りである。
【００６１】
原料ガス：メタン（流量２ｓｃｃｍ）、水素（流量１８ｓｃｃｍ）
ドープガス：硫化水素（原料ガスに対し０．０１〜５体積％）
基板温度：５００℃
反応圧力：４０Ｔｏｒｒ
ＭＷパワー：５００Ｗ。
【００６２】
以上の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚５００ｎｍのナノダイヤモンド膜１２を成膜した。成膜終了時、ナノダイヤモンド膜１２の表面に、水素プラズマ処理を５分間施した。
【００６３】
以上のように作製されたナノダイヤモンド膜１２を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、ナノメーターオーダーの結晶粒径を確認することができた。また同時に、電子線エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）により、ｓｐ３（ダイヤモンド結合）の存在を確認することができた。
【００６４】
また、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により表面の吸着種を同定した結果、炭素のみが検出され、酸素は存在しないことが確認された。更に、紫外線光電子分光法（ＵＰＳ）による測定から、負の電子親和力（ＮＥＡ）が確認された。表面の電気伝導性を測定した結果、数ｋΩのシート抵抗が得られた。
【００６５】
実施例２
図２（ｂ）に示すように、厚み１．１ｍｍのガラス基板２１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、ナノダイヤモンド膜２２を成膜した。
【００６６】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は、次の通りである。
【００６７】
原料ガス：メタン（流量２ｓｃｃｍ）、水素（流量１８ｓｃｃｍ）
ドープガス：硫化水素（原料ガスに対し０．０１〜５体積％）
基板温度：３００℃
反応圧力：４０Ｔｏｒｒ
ＭＷパワー：５００Ｗ。
【００６８】
以上の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚５００ｎｍのナノダイヤモンド膜２２を成膜した。成膜終了時、ナノダイヤモンド膜２２の表面に、水素プラズマ処理を５分間施した。
【００６９】
その結果、本実施例においても、実施例１で得たのと同様のナノダイヤモンド膜２２が得られた。
【００７０】
実施例３
図２（ｃ）に示すように、厚み１ｍｍの高分子基板３１上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、ナノダイヤモンド膜３２を成膜した。
【００７１】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は、次の通りである。
【００７２】
原料ガス：メタン（流量２ｓｃｃｍ）、水素（流量１８ｓｃｃｍ）
ドープガス：硫化水素（原料ガスに対し０．０１〜５体積％）
基板温度：１００℃
反応圧力：４０Ｔｏｒｒ
ＭＷパワー：２００Ｗ。
【００７３】
以上の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤにより、膜厚３００ｎｍのナノダイヤモンド膜３２を成膜した。成膜終了時、ナノダイヤモンド膜３２の表面に、水素プラズマ処理を５分間施した。
【００７４】
その結果、本実施例においても、実施例１で得たのと同様のナノダイヤモンド膜３２が得られた。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のナノダイヤモンド膜は、結晶粒径１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満のナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むものであるため、ダイヤモンドと同等の物性を示すとともに、不純物ドープにより半導体特性を発現することが出来、更に表面処理により表面物性を制御することが可能である。また、表面の平坦性に優れ、かつ低温で成膜可能であるため、シリコン基板、ガラス基板、高分子基板等の様々な基板上に成膜することが出来る。従って、ダイヤモンドの優れた材料物性を保ちつつ、実用基板上に容易に成膜することが出来ることから、様々なアプリケーションに適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るナノダイヤモンド膜を示す断面図。
【図２】本発明の一実施例に係るナノダイヤモンド膜の製造プロセスを示す断面図。
【符号の説明】
１…基体
２、１２，２２，３２…ナノダイヤモンド膜
１１…単結晶シリコン基板
２１…ガラス基板
３１…高分子基板
Claims (14)
- 基体上に合成された、結晶粒径が１ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満であるナノクリスタルダイヤモンドを主成分として含むことを特徴とするナノダイヤモンド膜。
- 膜中に不純物がドープされていることを特徴とする請求項１に記載のナノダイヤモンド膜。
- 前記不純物は、硫黄、硼素、酸素、燐、窒素および珪素からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１または２に記載のナノダイヤモンド膜。
- 前記基体が、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板および高分子基板からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜。
- 膜の表面が電子供与基で終端されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜。
- 膜の表面が電子受容基で終端されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜。
- 基体上に、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、プラズマ領域外において成膜することを特徴とするナノダイヤモンド膜の製造方法。
- 基体上に、炭化水素及び水素を含む原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、プラズマ領域外であって、かつ原料ガス流の下流に基板を設置し、成膜することを特徴とするナノダイヤモンド膜の製造方法。
- 前記原料ガスに、硫化水素、ジボラン、二酸化炭素及び酸素からなる群から選ばれた少なくとも１種の添加ガスが添加されることを特徴とする請求項７又は８に記載のナノダイヤモンド膜の製造方法。
- ２０℃以上９００℃以下の基体温度で成膜することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のナノダイヤモンドの製造方法。
- マイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜の製造方法。
- 上記基体が、シリコン基板、石英基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板または高分子基板の少なくとも一種であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜の製造方法。
- 成膜されたナノダイヤモンド膜に、マイクロ波あるいは高周波を用い、水素プラズマ処理を施すことを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜の製造方法。
- 成膜されたナノダイヤモンド膜に、マイクロ波または高周波を用い、弗素系あるいは塩素系ガスを用いてプラズマ処理を施すことを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載のナノダイヤモンド膜の製造方法。
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