気相合成によるダイヤモンド単結晶
1994年、GEのThomas R. Anthonyらは、気相堆積法(CVD)で成長させた多結晶ダイヤモンドの垂直アスペクト(100)を、より高い速度で成長させることができるとして、米国特許5,437,891を出願した(1995年発行)。 特に、反応ガス流(例えば98%水素+1%メタン)に少量(例えば1%)の空気(78%窒素、21%酸素、1%アルゴン)を添加すると、成長速度が向上する。 1996年、Anthonyらは、CVDで成長させた多結晶ダイヤモンド膜を高圧(3Kb以上)・高温(1300℃など)で処理し、欠陥を減らす方法を発明した(米国特許5,672,395、1997年発行)。 2004年、ロバート・H・フルショアは同様の米国特許6,811,610を出願したが、これは熱処理用の単結晶ダイヤモンド膜に関するものであった。 2004年、Suresh S. Vagaraliらは、高圧・高温によるカラーダイヤモンド単結晶の無色化に関する米国特許6,692,714を取得した。 台湾の中央研究院のアカデミシャン(米国と中国の科学アカデミーのメンバーでもある)、毛和光とラッセル・ヘムリーは、米国のカーネギー・インスティテュート・オブ・ワシントン(CIW)の地球物理学研究所の科学者であり、1998年、台湾の顔志學は、彼らの資金提供によるプロジェクトでCVDによるダイヤモンド単結晶の研究を行った。 気相堆積法では、天然ダイヤモンドまたは人工ダイヤモンドの単結晶を結晶種として用い、その上にエピタキシャル結晶を成長させる。 成長速度を速めるために、結晶の温度をかなり上げるだけでなく、メタンの含有量を適度に増やし、窒素と酸素をガスに加えることで、窒素を含むイエローダイヤモンドを1時間当たり15ミクロン(μm)以上の速度で成長させることができる。 2002年にHemleyらによって出願された米国特許6,858,078の実施例1によると、CVDは、圧力160torr、ガス組成3%N2:97%CH4:12%CH4:88%H2で、熱源としてマイクロ波プラズマを使用する。 ガス流量は1.8 sccm N2、60 sccm CH4、500 sccm H2。 […]