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THIN NANODIAMOND FILM HAVING n-TYPE CONDUCTIVITY AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME

Foreign code F080001980
File No. QP060006-PC
Posted date Nov 27, 2008
Country WIPO
International application number 2007JP055855
International publication number WO 2008/035468
Date of international filing Mar 22, 2007
Date of international publication Mar 27, 2008
Priority data
  • P2006-253377 (Sep 19, 2006) JP
Title THIN NANODIAMOND FILM HAVING n-TYPE CONDUCTIVITY AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
Abstract A thin nanodiamond film having a higher electron mobility and a higher electron concentration than in conventional ones. A thin nanodiamond film which has n-type conductivity and comprises a nanodiamond/amorphous carbon composite film doped with impurity atoms is produced by the microwave plasma-assisted CVD method. The volume proportion of the nanodiamond particles in the thin nanodiamond film is regulated so as to be higher than the volume proportion of the amorphous carbon and impurity atoms.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素、燐、硫黄等の不純物原子がドーピングされて構成されたn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜であって、前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きいことを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜。

【請求項2】前記ナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜が、原料ガスとしてメタンを用いたマイクロ波プラズマCVD法により半導体基板または絶縁性基板上に形成されたものであり、前記不純物原子が窒素であり、前記ナノダイヤモンド薄膜の電子移動度が1cm2/Vs以上になるように前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が定められていることを特徴とする請求項1に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜。

【請求項3】前記ナノダイヤモンド薄膜の単位切断面中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を目視で数え、ナノダイヤモンド粒子の平均粒子径寸法を10から50nmの範囲の値として、単位体積中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を推定して求めた単位体積あたりの前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、50%より大きく55%以下である請求項2に記載のナノダイヤモンド薄膜。

【請求項4】前記ナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜が、原料ガスとしてアセチレンを用いたマイクロ波プラズマCVD法により半導体基板または絶縁性基板上に形成されたものであり、前記不純物原子が窒素であり、前記ナノダイヤモンド薄膜の電子移動度が5cm2/Vs以上になるように前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が定められていることを特徴とする請求項1に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜。

【請求項5】前記ナノダイヤモンド薄膜の単位切断面中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を目視で数え、ナノダイヤモンド粒子の平均粒子径寸法を10から50nmの範囲の値として、単位体積中に含まれるナノダイヤモンド粒子の数を推定して求めた単位体積あたりの前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、57%以上63%以下である請求項4に記載のナノダイヤモンド薄膜。

【請求項6】前記半導体基板がシリコン単結晶基板である請求項2または4に記載のナノダイヤモンド薄膜。

【請求項7】前記絶縁基板が石英基板である請求項2または4に記載のナノダイヤモンド薄膜。

【請求項8】アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素をドーピングすることによりn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜を製造する方法であって、シリコン単結晶基板の表面をスクラッチ処理し、前記スクラッチ処理を施した前記シリコン単結晶基板を800℃~1000℃に加熱した状態で、原料ガスとしてメタンを含む混合ガスを用いたマイクロ波プラズマCVD法により、前記スクラッチ処理を施した表面に、前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きいナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜を形成することを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。

【請求項9】前記マイクロ波プラズマCVD法では、前記混合ガスとして、該混合ガス中の窒素の濃度が30±0.3%の範囲の値一定であり、しかも該混合ガス中のメタンガスの流量が、2.5±0.025sccmの範囲の値であり、窒素の流量が75.0±0.75sccmの範囲の値であり、アルゴンガスの流量が175.0±1.75sccmの範囲の値である混合ガスを用い、2.45GHzのマイクロ波を1~2時間の範囲の時間入射して成膜を行うことを特徴とする請求項8に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。

【請求項10】アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、窒素をドーピングすることによりn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜を製造する方法であって、シリコン単結晶基板の表面を炭化処理して炭化処理層を形成し、その後前記炭化処理層の表面にダイヤモンド粒子を用いてスクラッチ処理を施し、前記スクラッチ処理を施した前記シリコン単結晶基板を900℃~1100℃に加熱した状態で、原料ガスとしてアセチレンを含む混合ガスを用いたマイクロ波プラズマCVD法により、前記炭化処理層の表面に、前記ナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率が、前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも大きいナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜を形成することを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。

【請求項11】前記マイクロ波プラズマCVD法が、前記アセチレンに濃度が70%以上になるようにアルゴンを添加した原料ガスを用いたマイクロ波プラズマCVD法である請求項10に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜。

【請求項12】前記マイクロ波プラズマCVD法では、前記混合ガスとして、該混合ガス中の窒素の濃度が20±0.02%の範囲の値一定であり、しかも該混合ガス中のアセチレンガスの流量が、1.25±0.0125sccmの範囲の値であり、窒素の流量が50.0±0.5sccmの範囲の値であり、H2の流量が25±0.25sccmの範囲の値であり、アルゴンガスの流量が175.0±1.75sccmの範囲の値である混合ガスを用い、2.45GHzの範囲のマイクロ波を1~2時間の範囲の時間入射して成膜を行うことを特徴とする請求項11に記載のn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の製造方法。

【請求項13】アモルファスカーボンマトリックスにナノダイヤモンド粒子が埋没した構造を有するナノダイヤモンド/アモルファスカーボン複合膜に、不純物原子がドーピングされて構成されたn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の電子移動度の増大方法であって、不純物原子がドーピングされて構成されたナノダイヤモンド薄膜中における前記ナノダイヤモンド粒子の体積率を前記アモルファスカーボン及び前記不純物原子の体積率よりも増大させることにより前記電子移動度を増加させることを特徴とするn型伝導性を有するナノダイヤモンド薄膜の電子移動度の増大方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • Kyushu University, National University Corporation
  • Inventor
  • Teii, Kungen
  • Ikeda, Tomohiro
  • Takeguchi, Koji
IPC(International Patent Classification)
Specified countries AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BE BF BG BH BJ BR BW BY BZ CA CF CG CH CI CM CN CO CR CU CY CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI FR GA GB GD GE GH GM GN GQ GR GT GW HN HR HU ID IE IL IN IS IT JP KE KG KM KN KP KR KZ LA LC LK LR LS LT LU LV LY MA MC MD MG MK ML MN MR MT MW MX MY MZ NA NE NG NI NL NO NZ OM PG PH PL PT RO RS RU SC SD SE SG SI SK SL SM SN SV SY SZ TD TG TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
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