EP0611331B1

Chemical vapor deposition of diamond films using water-based plasma discharges

Abstract

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EP0611331B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 16

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Expired 5 November 2012, 13.9 years ago.

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12 claims: 12 independent, 0 dependent

  1. 1
    A water-based process for depositing diamond on a surface of a substrate, comprising :- producing in a chamber enclosing the substrate a gas phase mixture constituting by volume percentage at least 20% water vapor and a carbon precursor containing compound ;- dissociating said gas phase mixture to produce dissociated OH and H species and carbon species ;and- supplying said dissociated OH and H species and said carbon species to said substrate and growing a diamond film on the surface of said substrate ;characterised in that :- the gas phase mixture comprises also an acid selected from the group consisting of an organic acid and an inorganic acid ;- during dissociating said acid enhances promotion of atomic hydrogen by ready dissociation of COO-H bonds when the organic acid is used and dissociation of H+-H2O hydronium bonds when the inorganic acid is used ;and- said diamond film has a dominant 1332 cm-1 Raman peak. Procédé aqueux pour déposer du diamant sur une surface d'un substrat, comprenant : - la production dans une chambre enfermant le substrat d'un mélange en phase gazeuse comprenant en pourcentage en volume au moins 20 % de vapeur d'eau et un composé contenant un précurseur carboné ;- la dissociation dudit mélange en phase gazeuse pour produire des espèces OH et H dissociées et des espèces carbonées ;et- la fourniture desdites espèces OH et H dissociées et desdites espèces carbonées audit substrat et la croissance d'un film de diamant sur la surface dudit substrat ;caractérisé en ce que :- le mélange en phase gazeuse comprend aussi un acide choisi dans le groupe constitué d'un acide organique et d'un acide inorganique ;- pendant la dissociation, ledit acide active la formation d'hydrogène atomique par une dissociation aisée des liaisons COO-H lorsque l'acide organique est utilisé, et dissociation des liaisons hydronium H+-H2O lorsque l'acide inorganique est utilisé ;et- ledit film de diamant a un pic Raman dominant à 1332 cm-1. Verfahren auf Wassergrundlage zur Abscheidung von Diamant auf eine Oberfläche eines Trägers, umfassend: - Herstellung eines Gasphasengemisches, das sich aus mindestens 20% (Volumenprozentsatz) Wasserdampf und einer eine Kohlenstoffvorstufe enthaltenden Verbindung zusammensetzt, in einer Kammer, die den Träger umgibt,- die Dissoziation dieses Gasphasengemisches, wobei dissoziierte OH- und H-Spezien und Kohlenstoffspezien erzeugt werden, und- die Versorgung des Trägers mit den dissoziierten OH- und H-Spezien und den Kohlenstoffspezien und das Wachsen eines Diamantfilms auf der Oberfläche des Trägers, dadurch gekennzeichnet, daß- das Gasphasengemisch auch eine Säure umfaßt, die aus der Gruppe, die aus einer organischen Säure und einer anorganischen Säure besteht, ausgewählt ist,- die Säure während der Dissoziation die Förderung von atomarem Wasserstoff durch bereitwillige Dissoziation von COO-H-Bindungen, wenn die organische Säure verwendet wird, und durch Dissoziation von H+-H2O-Hydroniumbindungen, wenn die anorganische Säure verwendet wird, beschleunigt und- der Diamantfilm eine dominante Raman-Bande bei 1332 cm-1 aufweist.
  2. 2
    A water-based process according to claim 1, comprising :selecting an amount of said carbon precursor containing compound to yield a C/O ratio in the gas phase from 0.40 to 0.80. Procédé aqueux selon la revendication 1, comprenant : le choix d'une quantité dudit composé contenant un précurseur carboné pour donner un rapport C/O dans la phase gazeuse de 0,40 à 0,80. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, umfassend die Auswahl einer Menge der die Kohlenstoffvorstufe enthaltenden Verbindung, um ein C/O-Verhältnis in der Gasphase von 0,40 bis 0,80 zu erhalten.
  3. 3
    A water-based process according to claim 1, wherein said producing step comprises :producing said gas phase mixture constituting by volume percentage 40-80% water vapor. Procédé aqueux selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de production comprend : la production dudit mélange en phase gazeuse comprenant en pourcentage en volume 40 à 80 % de vapeur d'eau. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, wobei der Herstellungsschritt umfaßt: die Herstellung des Gasphasengemisches, das aus 40 bis 80% (Volumenprozentsatz) Wasserdampf besteht.
  4. 4
    A water-based process according to claim 1, comprising :selecting an alcohol as said carbon precursor containing compound. Procédé aqueux selon la revendication 1, comprenant : le choix d'un alcool en tant que ledit composé contenant un précurseur carboné. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, umfassend: die Auswahl eines Alkohols als die die Kohlenstoffvorstufe enthaltende Verbindung.
  5. 5
    A water-based process according to claim 3, comprising :selecting an alcohol as said carbon precursor containing compound. Procédé aqueux selon la revendication 3, comprenant : le choix d'un alcool en tant que ledit composé contenant un précurseur carboné. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 3, umfassend: die Auswahl eines Alkohols als die die Kohlenstoffvorstufe enthaltende Verbindung.
  6. 6
    A water-based process according to claim 5, wherein said alcohol is selected from the group consisting of methanol, ethanol and isopropanol. Procédé aqueux selon la revendication 5, dans lequel ledit alcool est choisi dans le groupe constitué du méthanol, de l'éthanol et de l'isopropanol. Verfahren auf Wassergrundlage nach Anspruch 5, wobei der Alkohol aus der Gruppe, die aus Methanol, Ethanol und Isopropanol besteht, ausgewählt ist.
  7. 7
    A water-based process according to claim 2, comprising :selecting a hydrocarbon as said carbon precursor containing compound. Procédé aqueux selon la revendication 2, comprenant : le choix d'un hydrocarbure en tant que ledit composé contenant un précurseur carboné. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 2, umfassend: die Auswahl eines Kohlenwasserstoffs als die die Kohlenstoffvorstufe enthaltende Verbindung.
  8. 8
    A water-based process according to claim 1, comprising :supplementing the water vapor in said gas phase mixture with hydrogen peroxide to enhance OH radical production. Procédé aqueux selon la revendication 1, comprenant : l'apport de peroxyde d'hydrogène à la vapeur d'eau dans ledit mélange en phase gazeuse pour augmenter la production de radicaux OH. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, umfassend: die Ergänzung des Wasserdampfes in dem Gasphasengemisch mit Wasserstoffperoxid, um die Herstellung von OH-Radikalen zu beschleunigen.
  9. 9
    A water-based process according to claim 1, comprising :supplementing the water vapor in said gas phase mixture with hydrazine to enhance atomic H production. Procédé aqueux selon la revendication 1, comprenant : l'apport d'hydrazine à la vapeur d'eau dans ledit mélange en phase gazeuse pour augmenter la production de H atomique. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, umfassend: die Ergänzung des Wasserdampfes in dem Gasphasengemisch mit Hydrazin, um die Erzeugung von atomarem Wasserstoff zu beschleunigen.
  10. 10
    A water-based process according to claim 1, comprising :maintaining said substrate between 55° to 1000°C and at a pressure between 0.667 to 101333 Pa (0.005 to 760 Torr). Procédé aqueux selon la revendication 1, comprenant : le maintien dudit substrat de 55 ° à 1000 °C et à une pression de 0,667 à 101333 Pa (0,005 à 760 torrs). Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, umfassend: das Halten des Trägers zwischen 55°C bis 1000°C und bei einem Druck zwischen 0,667 bis 101333 Pa (0,005 bis 760 Torr).
  11. 11
    A water-based process according to claim 10, wherein said substrate is maintained at a temperature between 135° to 650°C and at a pressure between 13.33 to 1333.33 Pa (0.1 to 10 Torr). Procédé aqueux selon la revendication 10, dans lequel ledit substrat est maintenu à une température de 135 ° à 650 °C et à une pression de 13,33 à 1333,33 Pa (0,1 à 10 torrs). Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 10, wobei der Träger bei einer Temperatur zwischen 135°C bis 650°C und bei einem Druck zwischen 13,33 bis 1333,33 Pa (0,1 bis 10 Torr) gehalten wird.
  12. 12
    A water-based process according to claim 1, wherein said dissociating step comprises :energizing the gas phase mixture in a confined rf plasma discharge. Procédé aqueux selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de dissociation comprend : l'excitation du mélange en phase gazeuse dans une décharge de plasma RF confinée. Verfahren auf Wassergrundlage gemäß Anspruch 1, wobei der Dissoziationsschritt das Aktivieren des Gasphasengemisches in einer begrenzten Hochfrequenzplasmaentladung umfaßt.