DE69709303T2

DE69709303T2 - Verfahren zur Synthese von Diamant

Info

Publication number: DE69709303T2
Application number: DE69709303T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Imai; Yoshiaki Kumazawa; Takashi Tsuno; Kentaro Yoshida
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: JP3861346B2; EP0846792A1; DE69709303D1; US5993919A; EP0846792B1; JPH10167888A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synthese von Diamant, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Präparieren eines Diamantfilms, der einen großen Flächenbereich besitzt, der auf einem Halbleitermaterial, einem elektronischen Bauelement, einem optischen Bauelement, einem Schneidwerkzeug, einem abnutzungsbeständigen Werkzeug oder einem Präzisionswerkzeug aufgebracht wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Diamant, der bei einem Substrat für eine Halbleitervorrichtung, eine Wärmesenke, die hohe, thermische Leitfähigkeit besitzt, oder ein optisches Bauelement, das eine hohe Lichttransmisssions-Eigenschaft besitzt, anwendbar ist.
Diamant besitzt die folgenden Charakteristika:
(a) Er besitzt eine hohe Festigkeit:
(b) Er ist hervorragend in der Abnutzungsbeständigkeit.
(c) Er besitzt eine geringe Kompressibilität und thermische Expansion.
(d) Er besitzt eine extrem hohe thermische Leitfähigkeit, obwohl selbiger ein Isolator ist.
(e) Er besitzt einen hohen Brechungsindex und ist optisch transparent in Bezug auf ultraviolette, sichtbare und infrarot Strahlung.
(f) Er besitzt eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit.
(g) Er besitzt eine ausgezeichnete Schallwellen-Propagations-Geschwindigkeit.
(h) Er kann eine Halbleiter-Eigenschaft erzielen, wenn er mit einer spezifischen Verunreinigung bzw. Störstelle dotiert wird.
Unter Berücksichtigung solcher Charakteristika wird die Verwendung von Diamant auf verschiedenen Gebieten erwartet. Diamant wird heute als ein notwendiges und unverzichtbares Material in der industriellen Welt angesehen.
Ein Verfahren zum Dampfniederschlagen von Diamant auf einem Nicht-Diamant-Substrat wird in neuerer Zeit geprüft. In dem Fall eines Anwachsens von Diamant auf einem Nicht- Diamant-Substrat werden Kerne, die aus Diamantkörnern bestehen, auf dem Substrat gebildet. Dann beginnt das Wachstum von Diamant von den Kernen aus. Bei einem solchen Dampfniederschlagen von Diamant wird Diamant unter Berücksichtigung einer Atom- Anordnung auf der Substratoberfläche niedergeschlagen. Wenn die Oberfläche des Substrats entlang einer {100}-Ebene zum Beispiel liegt, wird Diamant auf diesem Substrat unter einer solchen Bedingung angewachsen, dass die Diamantwachstumsrate auf der {100}-Ebene höher als solche auf den verbleibenden Ebenen ist. Verfahren, die in der folgenden Literatur beschrieben sind, sind als solche eines Anwachsens von Diamant auf einem Nicht-Diamant-Substrat bekannt:
(1) Koizumi et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 57, No. 6 (1990), Seiten 563-565
(2) Jiang und Klages, Diamond and Related Materials, No. 2 (1993), Seiten 1112- 1113
(3) Stoner und Glass, Appl. Phys. Lett. No. 60 (1992), Seite 698
(4) Fujita et al., Summaries of Lectures in the Fourth Diamond Symposium (1991), Seiten 13-14
(5) Inuzuka et al., Extended Abstracts (the 43rd Spring Meeting, 1996), the Japan Society of Applied Physics and Related Societies, No. 2, Seite 403
(6) Yugo et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 58, No. 10 (1991), Seiten 1036-1038
Substrate, die aus kubischem Bornitrit, Silizium und Siliziumkarbid bestehen, werden in den Verfahren (1), (2) und (3) jeweils eingesetzt. Substrate, die aus Nickel und Kupfer, Platin, Graphit, Beryliumoxid oder Iridium bestehen, werden in den Verfahren (4) und (5) jeweils eingesetzt. Ein Substrat, das aus Silizium, Siliziumkarbid oder Iridium besteht, wird in dem Verfahren (6) eingesetzt und einer negativen Vorspannung unterworfen. Bei dieser negativen Vorspannung wird das Substrat mit einem niedrigen Potential in Bezug auf ein Plasma in einem Mikrowellenplasma-CVD (chemical vapor deposition - chemisches Dampfniederschlagen) versorgt. Ein Effekt eines Ionenbombardements oder einer Radikalen-Konzentration wird als ein Reaktionsmechanismus zum Bilden von Diamanten in dem Verfahren (6) vorgeschlagen. Allerdings ist der Reaktionsmechanismus bis jetzt nicht im Detail verstanden worden.
Um homogen Kerne auf dem Substrat durch dieses Verfahren zu bilden, muss Plasma homogen erzeugt werden und ein gleichförmiges, elektrisches Feld muss auf der Oberfläche des Substrats erzeugt werden. Allerdings ist es schwierig, solche Bedingungen umzusetzen, und demzufolge kann Diamant nicht ausreichend auf dem Substrat durch das Verfahren (6) anwachsen.
In Bezug auf das Verfahren (6) ist es bekannt, dass eine große Anzahl von Kernen gebildet wird, wenn die Stärke des elektrischen Felds auf der Substratoberfläche erhöht wird. Wenn die Stärke des elektrischen Felds allerdings übermäßig ist, ist es schwierig, Diamant mit hoher Qualität aufgrund einer Bildung von unregelmäßig orientierten Diamantkeimen zu bilden. Andererseits wird ein Verfahren zum Anwachsen von Diamant auf einem Substrat durch ein thermisches Filament-CVD in Chen et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 67, No. 13 (1995), Seiten 1853-1855, beschrieben.
Dieses Verfahren schlägt die Bildung von Keimen aus Diamant durch Versorgen des Substrats mit einem niedrigen Potential in Bezug auf Filamente vor. Bei diesem Verfahren werden Radikale durch thermische Filamente gebildet, um ein dc-(Gleichstrom)-Plasma durch ein dc-Vorspannen zu erzeugen.
Auch ist es in diesem Verfahren allerdings schwierig, gleichförmig ein elektrisches Feld auf der Substratoberfläche zu erzeugen, und es wird ein solches Problem berichtet, dass Keime nur an einem Kantenbereich des Substrats gebildet werden. Auch wird ein solches Problem berichtet, dass die Entladung zwischen dem Substrat und den Filamenten instabilisiert wird.
Die Japanische Patentoffenlegung No. 63-30397 (1988) beschreibt ein Verfahren zur Synthese von Diamant durch Extrahieren von Elektronen von einem Thermoelektronen emittierenden Material und Entladen desselben, um ein Plasma in der Nähe eines Substrats zu erzeugen.
Auch werden bei diesem Verfahren allerdings Keime aus Diamant so unzureichend angewachsen, dass es schwierig ist, einen Diamant mit hoher Qualität zu erhalten, der einen großen Flächenbereich besitzt.
Die vorliegende Erfindung ist vorgeschlagen worden, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe davon, ein Verfahren zum Bilden von Keimen aus Diamant auf einem Substrat, ausreichendes Anwachsen der Keime und Synthtiesieren eines Diamantfilms auf dem Substrat aus den Keimen zu schaffen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum homogenen Bilden von Keimen aus Diamant auf einem Substrat in einer großen Menge und Synthetisieren eines hoch qualitativen Diamantfilms, der einen großen Flächenbereich auf dem Substrat besitzt, zu schaffen.
Ein Verfahren zum Synthesieren von Diamant gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so angepasst, um Diamant auf einem Substrat von einem Gas, das eine Kohlenstoftkomponente enthält, zu synthetisieren, und weist die folgenden Schritte auf:
(a) Bereitstellen eines Elektronenemitters, der ein thermoelektron-emittierendes Material enthält, oberhalb des Substrats, und Vorsehen einer Elektrode an einer Position, die von dem Elektronenemitter getrennt ist;
(b) Bilden von Keimen aus Diamant auf dem Substrat durch mindestens temporäres Versorgen des Elektronenemitters mit einem Potential, das relativ höher als dasjenige des Substrats ist, während zumindest temporärem Versorgen der Elektrode mit einem Potential, das relativ höher als dasjenige des Elektronenemitters ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem Elektronenemitter und dem Substrat zu erzeugen, und Bewegen von Elektronen von dem Elektronenemitter zu der Elektrode zum Erzeugen eines Plasmas zwischen der Elektrode und dem Elektronenemitter; und
(c) Angleichen der Potentiale des Elektronenemitters und der Elektrode aneinander zum Anwachsen eines Films aus Diamant von Diamantkeimen.
Gemäß diesem Verfahren wird der Elektronenemitter mit einem Potential versorgt, das höher als dasjenige des Substrat ist, wodurch sich Elektronen von dem Substrat zu dem Elektronenemitter bewegen. Während das Plasma zwischen dem Substrat und dem Elektronenemitter aufgrund der Wirkung der Elektronen erzeugt wird, ist die Menge dieses Plasmas gering. Gemäß der vorliegenden Erfindung bewegt sich allerdings eine große Menge Elektronen von dem Elektronenemitter zu der Elektrode, wodurch eine große Menge Plasma zwischen der Elektrode und dem Elektronenemitter erzeugt wird. Deshalb wird eine große Menge an Plasma zwischen dem Substrat und dem Elektronenemitter aufgrund einer Anregung durch das Plasma zwischen dem Elektronenemitter und der Elektrode erzeugt, um regelmäßig orientierte Keime aus Diamant auf der Oberfläche des Substrats zu bilden.
Die Erfinder haben verschiedene Experimente vorgenommen, um zu erkennen, dass ein Diamantfilm einer höheren Qualität angewachsen werden kann, wenn dort keine Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Elektronenemitter verglichen mit einem Zustand eines Vorsehens einer Potentialdifferenz dazwischen vorhanden ist, und zwar in dem Fall eines Anwachsens eines Diamantfilms aus Diamantkeimen. Demzufolge wird ein Diamantfilm mit keiner Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Elektronenemitter gemäß der vorliegenden Erfindung angewachsen, wodurch ein Diamantfilm hoher Qualität erhalten werden kann.
Ein ac-Potential wird vorzugsweise zwischen dem Elektronenemitter und der Elektrode vorgesehen. In diesem Fall wird eine Entladung von dem Elektronenemitter zu der Elektrode und vice versa bewirkt. Deshalb wird verhindert, dass die Kohlenstoffkomponente an den Oberflächen des Elektronenemitters und der Elektrode anhaften, so dass eine Kohlenstoffverbindung nur schwer niedergeschlagen wird und die Entladung verglichen mit dem Fall eines Bewirkens einer Entladung nur von dem Elektronenemitter zu der Elektrode stabilisiert wird.
Der Elektronenemitter ist vorzugsweise zwischen der Elektrode und dem Substrat vorgesehen. Weiterhin ist eine Mehrzahl von Elektroden vorzugsweise so vorgesehen, dass die Potentiale davon unabhängig voneinander kontrolliert werden. In diesem Fall kann eine räumliche Verteilung der Menge an Plasma durch Kontrollieren der Potentiale der jeweiligen Elektroden kontrolliert werden. Demzufolge ist es möglich, gleichförmig das Plasma für ein homogenes Bilden von Heimen aus Diamant auf dem Substrat zu erzeugen. Wenn Diamant von den Keimen angewachsen wird, kann ein Diamantfilm mit hoher Qualität, der einen großen Flächenbereich besitzt, erhalten werden.
Das Substrat wird vorzugsweise durch eine einkristalline Substanz gebildet. Ein heteroepitaxiales Wachstum von Diamant wird durch Einsetzen eines einkristallinen Substrats ermöglicht.
Ein heteroepitaxiales Wachstum von Diamant wird auch ermöglicht, wenn ein epitaxial angewachsener Dünnfilm auf der Substratoberfläche gebildet wird.
Das Substrat ist vorzugsweise auf seiner Oberfläche mit einer Dünnfilmschicht von nicht mehr als 100 um in der Dicke versehen.
Ein Verfahren zum Synthetisieren von Diamant gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird angewandt, um Diamant auf einem Substrat aus einem Plasma, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, zu synthetisieren, und weist die folgenden Schritte auf:
(a) Bereitstellen eines ersten Elektronenemitters, der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, oberhalb des Substrats, und Bereitstellen eines zweiten Elektronenemitters, der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, an einer Position, die von dem ersten Elektronenemitter separiert ist, und
(b) zumindest temporäres Versorgen des zweiten Elektronenemitters mit einem Potential, höher als dasjenige des ersten Elektronenemitters, um dadurch ein Plasma zwischen dem ersten Elektronenemitter und dem zweiten Elektronenemitter zu erzeugen, und zumindest temporäres Versorgen des Substrats mit einem Potential, das niedriger als das durchschnittliche Potential des ersten und des zweiten Elektronenemitters ist, und um dadurch ein Plasma zwischen dem Substrat und dem ersten Elektronenemitter und zwischen dem Substrat und dem zweiten Elektronenemitter zu erzeugen.
Gemäß diesem Verfahren werden der erste und der zweite Elektronenemitter mit Potentialen relativ höher als dasjenige des Substrats versorgt. Deshalb bewegen sich Elektronen von dem Substrat zu dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter. Während Plasma zwischen dem Substrat und dem ersten oder dem zweiten Elektronenemitter aufgrund der Wirkung der Elektronen erzeugt wird, ist die Menge dieses Plasmas gering. Allerdings bewegt sich eine große Menge von Elektronen von dem ersten Elektronenemitter zu dem zweiten Elektronenemitter, und demzufolge wird eine größere Menge an Plasma zwischen dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter aufgrund der Wirkung der Elektronen erzeugt. Demzufolge wird eine große Menge Plasma zwischen dem Substrat und dem ersten oder dem zweiten Elektronenemitter aufgrund einer Anregung durch das Plasma zwischen dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter erzeugt. Demzufolge werden regulär orientierte Diamantkeime homogen auf der Oberfläche des Substrats in einer großen Menge durch das Plasma, erzeugt zwischen dem Substrat und dem ersten oder dem zweiten Elektronenemitter, gebildet. Wenn Diamant von den Keimen angewachsen wird, kann ein Diamantfilm mit hoher Qualität, der einen großen Flächenbereich besitzt, als Folge davon präpariert werden.
Ein Verfahren zum Synthetisieren von Diamant gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist so angepasst, um Diamant auf einem Substrat aus Gas, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, zu synthetisieren, und weist die folgenden Schritte auf:
(a) Bereitstellen eines ersten Elektronenemitters, der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, oberhalb des Substrats, und Bereitstellen eines zweiten Elektronenemitters, der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, an einer Position, die von dem ersten Elektronenemitter separiert ist,
(b) Bilden von Keimen aus Diamant auf dem Substrat durch mindestens temporäres Versorgen des zweiten Elektronenemitters mit einem Potential, das höher als dasjenige des ersten Elektronenemitters ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem ersten Elektronenemitter und dem zweiten Elektronenemitter zu erzeugen, während zumindest temporär das Substrat mit einem Potential, das niedriger als das durchschnittliche Potential des ersten und des zweiten Elektronenemitters ist, versorgt wird, um dadurch ein Plasma zwischen dem Substrat und dem ersten Elektronenemitter und zwischen dem Substrat und dem zweiten Elektronenemitter zu erzeugen; und
(c) Angleichen des Potentials zwischen dem ersten Elektronenemitter und demjenigen des zweiten Elektronenemitters aneinander zum Anwachsen eines Films aus Diamant von den Keimen des Diamants.
Gemäß diesem Verfahren werden der erste und der zweite Elektronenemitter mit Potentialen relativ höher als dasjenige des Substrats in dem Schritt versorgt. Deshalb bewegen sich Elektronen von dem Substrat zu dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter. Während Plasma zwischen dem Substrat und dem ersten oder dem zweiten Elektronenemitter aufgrund der Wirkung der Elektronen erzeugt wird, ist die Menge dieses Plasmas, klein. Allerdings bewegt sich eine große Menge Elektronen von dem ersten Elektronenemitter zu dem zweiten Elektronenemitter, und demzufolge wird eine große Menge Plasma zwischen dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter aufgrund der Wirkung der Elektronen erzeugt. Demzufolge wird eine größere Menge Plasma zwischen dem Substrat und dem ersten oder zweiten Elektronenemitter aufgrund der Anregung durch das Plasma zwischen dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter erzeugt. Deshalb werden regulär orientierte Keime aus Diamant homogen auf der Oberfläche des Substrats in einer großen Menge durch das Plasma, erzeugt zwischen dem Substrat und dem ersten oder dem zweiten Elektronenemitter, gebildet. Wenn die Potentiale des ersten und des zweiten Elektronenemitters aneinander angeglichen sind, und zwar in dem Schritt (c), zum Anwachsen von Diamant aus den Keimen, kann ein Diamantfilm mit hoher Qualität, der einen großen Flächenbereich besitzt, präpariert werden.
Gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein ac-Potential vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Elektronenemitter geschaffen. In diesem Fall wird eine Entladung von dem ersten Elektronenemitter zu dem zweiten Elektronenemitter, und vice versa, bewirkt. Deshalb wird verhindert, dass die Kohlenstoffkomponente an den Oberflächen der Elektronenemitter anhaftet, so dass eine Kohlenstoffverbindung nur schwer niedergeschlagen wird und die Entladung verglichen mit dem Fall stabilisiert wird, der eine Entladung nur von einem der Elektronenemitter zu dem anderen bewirkt.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung besser ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird.
Fig. 1 zeigt ein Modell-Diagramm einer Diamantsynthese-Vorrichtung, die in den Beispielen 1, 2 und 5 eingesetzt ist;
Fig. 2 zeigt ein Verdrahtungs-Diagramm von Filamenten, betrachtet entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt ein Modell-Diagramm einer Diamantsynthese-Vorrichtung, die im Beispiel 3 eingesetzt ist;
Fig. 4 zeigt ein Verdrahtungs-Diagramm von Filamenten, betrachtet entlang der Linie IV- IV in Fig. 3;
Fig. 5 stellt Zeitänderungen von Potentialen an Punkten E und F in Fig. 3 dar;
Fig. 6 zeigt ein Modell-Diagramm einer Diamantsynthese-Vorrichtung, die im Beispiel 4 eingesetzt ist; und
Fig. 7 zeigt ein Modell-Diagramm einer Diamantsynthese-Vorrichtung, die in dem Vergleichsbeispiel 1 eingesetzt ist;

(Beispiel 1)

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, wurde eine Diamantsynthese-Vorrichtung 1 aus einer Kammer 2, Filamenten 3, einer Elektrode 4, einem Träger 5, einer ac-Energiequelle 6 und dc-Energiequellen 7 und 8 gebildet.
Die Filamente 3 als Elektronenemitter wurden in der Kammer 2 vorgesehen. Jedes Filament 3 wurde durch einen Wolframdraht von 10 cm in der Länge und 0,2 mm im Durchmesser gebildet. Die Anzahl der Filamente 3 betrug 11. Der Abstand (W in Fig. 2) zwischen jedem angrenzenden Paar von Filamenten 3 betrug 10 mm.
Die Elektrode 4, bestehend aus Tantal (Ta), wurde oberhalb der Filamente 3 vorgesehen. Die Dicke (t in Fig. 1) dieser Elektrode 4 betrug 2 mm. Der Durchmesser (D in fig. 1) der Elektrode 4 betrug 80 mm.
Der Träger 5 wurde unter den Filamenten 3 vorgesehen. Ein Substrat 11, das aus einkristallinem Silizium bestand, wurde auf diesem Träger 5 plaziert. Der Durchmesser des Substrats 11 betrug drei Inch. Der Oberflächenteil des Substrats 11, der zu den Filamenten 3 hinwies, wurde aus einer (111)-Ebene präpariert. Der Abstand zwischen den Filamenten 3 und dem Substrat 11 betrug 10 mm. Die Filamente 3 wurden elektrisch mit der ac-Energiequelle 6 verbunden. Die Spannung und die Frequenz der ac-Energiequelle 6 waren 40 V und 60 Hz jeweils. Die Kammer 2 wurde elektrisch von der ac-Energiequelle 6 isoliert. Der Träger 5 bestand aus einem Leiter. Dieser Träger 5 wurde elektrisch mit der negativen Elektrode der dc-Energiequelle 7 verbunden. Die Spannung der dc- Energiequelle 7 betrug 150 V. Die positive Elektrode der dc-Energiequelle 7 wurde elektrisch mit den Filamenten 3 verbunden.
Die Spannung der dc-Energiequelle 8 betrug 60 V. Die negative Elektrode der dc- Energiequelle 8 wurde elektrisch mit den Filamenten 3, der positiven Elektrode der dc- Energiequelle 7 und der ac-Energiequelle 6 verbunden. Die positive Elektrode der dc- Energiequelle 8 wurde elektrisch mit der Elektrode 4 verbunden. Die Kammer 2 wurde elektrisch gegen die dc- Energiequellen 7 und 8 isoliert.
Ein Gaseinlass-Anschluss 10 zum Einführen von Materialgas wurde in der Kammer 2 vorgesehen. Eine Vakuumpumpe 9 wurde mit der Kammer 2 verbunden, um in der Lage zu sein, den Druck in der Kammer 2 einzustellen.
Ein Versuch wurde vorgenommen, um einen Diamantfilm auf der (111)-Ebene des Substrats 11 durch die Diamantsynthese-Vorrichtung 1 zu bilden, die die vorstehend erwähnte Struktur besaß.
Zuerst wurde der Druck in der Kammer 2 auf 13 kPa (100 Torr) eingestellt. Wasserstoff und Methan wurden in die Kammer 2 über den Gaseinlass-Anschluss 10 unter Strömungsraten von 1000 sccm (Standard-Kubik-cm pro Minute) und 20 sccm jeweils eingeführt. Bei einer Strömungsrate von X sccm wurde Gas von X cm³ im Volumen für eine Minute bei einer Temperatur von 45ºC und unter einem Druck von 1 atm zugeführt. Die Temperatur der Filamente 3 betrug 2000 ± 20ºC. Das mittlere Potential der Filamente 3 war niedriger als dasjenige der Elektrode 4, und die Differenz dazwischen betrug 60 V. Obwohl es unmöglich war, visuell eine Erzeugung eines Plasmas aufgrund einer Emission von den Filamenten 3 zu bestätigen, floss ein Strom von 4 A zwischen der Elektrode 4 und den Filamenten 3. Das mittlere Potential der Filamente 3 war höher als dasjenige des Substrats 11, und die Differenz dazwischen betrug 150 V. Ein Strom von 1 A floss zwischen den Filamenten 3 und dem Substrat 11. Die Vorrichtung 1 wurde in dem Zustand gehalten, dass die Ströme von 4 A und 1 A zwischen der Elektrode 4 und den Filamenten 3 und zwischen den Filamenten 3 und dem Substrat 11 jeweils für 30 Minutenflossen.
Dann wurde das Substrat 11 aus der Kammer 2 herausgenommen und seine Oberfläche wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet. Als Ergebnis wurde erkannt, dass Keime aus Diamant auf der Oberfläche des Substrats 11 in einer Dichte von ungefähr 10¹&sup0;/cm² gebildet wurden.
Dann wurde das Substrat 11 zurück in die Kammer 2 geführt, die dc-Energiequelle 8 wurde entfernt und die Potentiale der Elektrode 4 und der Filamente 3 wurden aneinander angeglichen, der Druck wurde auf 13 kPa (100 Torr) eingestellt, die Strömungsraten von Methan und Wasserstoff wurde auf 2 sccm und 500 sccm jeweils eingestellt, und die Temperatur des Substrats 11 wurde bei 980ºC eingestellt. Dieser Zustand wurde für 100 Stunden beibehalten, um einen Diamantfilm auf der Oberfläche des Substrats 11 zu bilden. Als Ergebnis wurde erkannt, dass ein Diamantfilm von 20 um in der Dicke im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Substrats 11 mit der Ausnahme eines Bereichs unter einem Abstand von 1 bis 2 mm von seiner Kante gebildet wurde. Dieser Diamantfilm wurde mit einem SEM beobachtet, um herauszufinden, dass die Kristallorientierung des Diamants im wesentlichen mit derjenigen des Substrats 11 übereinstimmte.

(Beispiel 2)

Während der Durchmesser des Substrats 11, das aus einem einkristallinen Silizium bestand, 7,6 cm (3 Inch) in Beispiel 1, betrug, wurde ein einkristallines Siliziumsubstrat 11, das einen Durchmesser von 2,5 cm (1 Inch) besaß, in Beispiel 2 eingesetzt. Während der Oberflächenteil des Substrats 11, zu den Filamenten 3 hinweisend, von der (111)-Ebene in Beispiel 1 präpariert wurde, wurde eine (100)-Ebene als der Oberflächenteil des Substrats 11, zu den Filamenten 3 hinweisend, in Beispiel 2 eingesetzt. Während ein einzelnes Substrat 11 in Beispiel 1 eingesetzt wurde, wurden 4 Substrate 11 in Beispiel 2 eingesetzt. Alle diese 4 Substrate 11 wurden in Kontakt mit dem Träger 5 gebracht. Die Oberfläche 1 eines der Substrate 11 wurde mit Diamant von 5 um im Durchmesser skarifiziert. Die verbleibende Struktur der Diamantsynthese-Vorrichtung 1 war absolut ähnlich zu derjenigen in Beispiel 1.
Inder Vorrichtung, die die vorstehend erwähnte Struktur besaß, wurden Keime aus Diamant auf den Oberflächen der Substrate 11 über einen Prozess ähnlich zu demjenigen in Beispiel 1 gebildet. Auf den Oberflächen der nicht skarifizierten drei Substrate 11 betrug die Dichte der Keime 5 · 10&sup9;/cm². Andererseits betrug die Dichte der Keime 10¹&sup0;/cm² auf der Oberfläche des skarifizierten Substrats 11.
Dann wurden die vier Substrate 11, versehen mit den Keimen aus Diamant, in die Kammer 2 zurückgeführt, die Potentiale der Elektrode 4 und der Filamente 3 wurden aneinander angeglichen, der Druck wurde auf 13 kPa (100 Torr) eingestellt, die Strömungsraten von Methan und Wasserstoff wurden auf 10 sccm und 500 sccm jeweils eingestellt und die Temperatur der Substrate 11 wurde bei 980ºC eingestellt, und dieser Zustand wurde für 20 Stunden beibehalten. Demzufolge wurden Diamantfilme von 3 um in der Dicke im wesentlichen über die gesamten Oberflächen der Substrate 11 mit Ausnahme äußerer Umfangsteile von ungefähr 1 mm von Kanten davon gebildet. Diese Diamantfilme wurden mit einem SEM beobachtet, um herauszufinden, dass die Kristallorientierung des Diamants im wesentlichen mit derjenigen der Substrate 11 übereinstimmte.

(Beispiel 3)

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, wurde eine Diamantsynthese-Vorrichtung 15 durch eine Kammer 2, Filamente 3a und 3b, einen Träger 5, ac-Energiequellen 6a, 6b und 6c, eine dc-Energiequelle 14 und ein Widerstand 13 gebildet.
Die Filamente 3a und 3b wurden in der Kammer 2 vorgesehen. Diese Filamente 3a und 3b wurden durch Wolframdrähte von 13 cm in der Länge und 0,2 mm im Durchmesser gebildet. Der Abstand (W in Fig. 4) zwischen jedem benachbarten Paar von Filamenten 3a und 3b betrug 10 mm. Die Anzahl der Filamente 3a betrug acht, und diejenige der Filamente 3b betrug auch acht. Der Träger 5, der aus einem Leiter bestand, wurde unter den Filamenten 3b vorgesehen. Ein Substrat 12, das aus einkristallinem Silizium bestand, das einen Durchmesser von 4 Inch besaß, wurde auf der Oberfläche des Trägers 5 plaziert. Der Oberflächenteil des Substrats 12, der zu den Filamenten 3a und 3b hinzeigte, wurde aus einer (100)-Ebene präpariert. Der Abstand zwischen dem Substrat 12 und den Filamenten 3b betrug 12 mm. Die ac-Energiequelle 6a wurde elektrisch mit den Filamenten 3a verbunden. Die Spannung und die Frequenz der ac-Energiequelle 6a betrug 40 V und 60 Hz jeweils. Die ac-Energiequelle 6b wurde elektrisch mit den Filamenten 3b verbunden. Die Spannung und die Frequenz der ac-Energiequelle 6b waren 40 V und 60 Hz jeweils. Die Kammer 2 wurde elektrisch von den ac-Energiequellen 6a und 6b isoliert. Die negative Elektrode der dc-Energiequelle 14 wurde elektrisch mit dem Träger 5 verbunden. Die Spannung der dc-Energiequelle 14 betrug 160 V. Die positive Elektrode dieser dc- Energiequelle 14 wurde elektrisch mit dem Widerstand 13 verbunden. Die Kammer 2 wurde elektrisch von der dc-Energiequelle 14 isoliert. Die ac-Energiequelle 6c wurde so vorgesehen, um elektrisch mit den ac-Energiequellen 6a und 6b, dem Widerstand 13 und den Filamenten 3a und 3b verbunden zu sein. Die Spannung und die Frequenz der ac- Energiequelle 6c betrug 100 V und 60 Hz jeweils. Eine Vakuumpumpe 9 und ein Gaseinlass-Anschluss 10 ähnlich zu denjenigen in Beispiel 1 wurden eingesetzt.
Der Druck der Kammer 2 der Diamantsynthese-Vorrichtung 15, die die vorstehend erwähnte Struktur besaß, wurde bei 2-4 kPa (15 bis 30 Torr) eingesetzt. Dann wurden Wasserstoff und Methan von dem Gaseinlass-Anschluss 10 unter Strömungsraten von 1000 sccm und 20 sccm jeweils eingeführt. Die Temperatur der Filamente 3a und 3b wurde bei 2000 t 20ºC eingestellt.
Wie die Fig. 5 zeigt, betrug das mittlere Potential an einem Punkt E in Fig. 3 160 V. Das mittlere Potential an einem Punkt F in Fig. 3 betrug auch 160 V. Weiterhin wurde bestätigt, dass die Potentiale an den Punkten E und F unterschiedlich zueinander waren. Der maximale und minimale Wert der Potentiale an den Punkten E und F betrug ungefähr 200 V und ungefähr 120 V jeweils. Das mittlere Potential des Substrats 12 war niedriger als dasjenige der Filamente 3a und 3b, und die Differenz dazwischen betrug 160 V. Dieser Zustand wurde für 10 Minuten beibehalten, um dadurch Keime aus Diamant auf der Oberfläche des Substrats 12 zu bilden. Das Substrat 12 wurde aus der Kammer 2 herausgenommen, um zu beobachten, dass die Dichte der Keime aus Diamant auf der Oberfläche des Substrats 12 ungefähr 8 · 10&sup9; bis 2 · 10¹&sup0;/cm² betrug.
Dann wurden die Potentiale der Filamente 3a und 3b aneinander angeglichen, und ein Diamantfilm wurde auf dem Substrat 12, versehen mit den Keimen aus Diamant, durch ein Plasmastrahl-CVD mit Methan, Wasserstoff und Argongas gebildet. Die Filmbildungszeit betrug 30 Stunden, die Temperatur des Substrats 12 betrug 1020ºC und die Gasströmungsverhältnisse von Methan, Wasserstoff und Argon waren 2 : 100 : 100.
Der Diamantfilm, gebildet auf dem Substrat 12 in der vorstehend erwähnten Art und Weise, zeigte Dicken von 110 um und 25 um auf Zentral- und Endbereichen des Substrat 12 jeweils. Während die Dicke an dem Endbereich des Substrats 12 ungefähr 20% derjenigen an dem zentralen Bereich betrug, wurde bestätigt, dass die Orientierung dieses Diamantfilms mit derjenigen des Substrats 12 entlang des gesamten Diamantfilms übereinstimmend war. Kein Wolframkarbid wurde auf den Oberflächen der Filamente 3a und 3b aufgrund einer Entladung von den Filamenten 3a zu den Filamenten 3b, und vice versa, in der Keimbildung von Diamant niedergeschlagen.

(Beispiel 4)

Wie die Fig. 6 zeigt, wurde eine Diamantsynthese-Vorrichtung 20 durch eine Kammer (nicht dargestellt), Filamente 3c, Elektroden 4a bis 4e, einen Träger 5, einer ac- Energiequelle 6 und dc-Energiequellen 7 und 8a bis 8e gebildet.
Die Filamente 3c wurden durch Wolframdrähte von 13 cm in der Länge und 0,25 mm im Durchmesser gebildet. Die Anzahl der Filamente 3c betrug sechzehn und der Abstand zwischen einem benachbarten Paar von Filamenten 3c betrug 10 mm. Die Elektroden 4a bis 4e wurden oberhalb der Filamente 3c vorgesehen. Diese Elektroden 4a bis 4e bestanden aus Molybdän (Mo). Der Abstand zwischen den Filamenten 3c und den Elektroden 4a bis 4e betrug 5 mm. Die Dicke jeder der Elektroden 4a bis 4e betrug 2 mm. Der Bereich jeder der Elektroden 4a bis 4e betrug 12 cm².
Der Träger 5 wurde unter den Filamenten 3c vorgesehen. Dieser Träger 5 bestand aus einem Leiter. Ein Substrat 12, das aus einem einkristallinen Silizium bestand, wurde auf dem Trägers 5 plaziert. Der Durchmesser des Substrats 12 betrug 4 Inch. Der Abstand zwischen den Filamenten 3c und dem Substrat 12 betrug 10 mm. Der Oberflächenteil des Substrats 12, der zu den Filamenten 3c hinwies, wurde aus einer (100)-Ebene präpariert. Die negative Elektrode der dc-Energiequelle 7 wurde elektrisch mit dem Träger 5 verbunden. Die Spannung der dc-Energiequelle 7 betrug 110 V. Die positive Elektrode der dc- Energiequelle 7, die Filamente 3c und die negativen Elektroden der dc-Energiequellen 8a bis 8e waren elektrisch miteinander verbunden. Die Spannung der dc-Energiequelle 8a betrug 60 V. Die Spannungen der dc-Energiequellen 8b bis 8e betrugen 47 V. Die positiven Elektroden der dc-Energiequellen 8a bis 8e waren elektrisch mit den Elektroden 4a bis 4e verbunden. Die Kammer (nicht dargestellt) wurde so vorgesehen, um den Träger 5, das Substrat 12, die Filamente 3c und die Elektroden 4a bis 4e zu umhüllen.
In der Diamantsynthese-Vorrichtung 20, die die vorstehend erwähnte Struktur besaß, wurde der Innendruck der Kammer auf 5,3 kPa (40 Torr) eingestellt. Wasserstoff und Methan wurden in die Kammer unter Strömungsraten von 1000 sccm und 20 sccm jeweils eingeführt, und die Temperatur der Filamente 3c wurde bei 2000 t 20ºC beibehalten.
Die Differenz zwischen den mittleren Potentialen der Filamente 3c und dem Substrat 12 betrug 110 V. Die Differenz zwischen den mittleren Potentialen der Filamente 3c und der Elektrode 4a betrug 60 V, und diejenige zwischen den mittleren Potentialen der Filamente 3c und den Elektroden 4b bis 4e betrug 47 V. Dieser Zustand wurde für 10 Minuten beibehalten, um Keime aus Diamant auf der Oberfläche des Substrats 12 zu bilden. Die Oberfläche des Substrats 12 wurde beobachtet, um herauszufinden, dass die Keime aus Diamant über die gesamte Oberfläche des Substrats 12 gebildet wurden. Es wurde erkannt, dass die Dichte der Keime 6 · 10&sup9; bis 8 · 10&sup9;/cm² betrug, und die Keime waren relativ homogen gebildet.

(Beispiel 5)

Zuerst wurde ein Substrat, das aus Magnesiumoxid (MgO) bestand, das einen Durchmesser von 1 Inch besaß, präpariert. Die Oberfläche dieses Substrats wurde aus einer (100)- Ebene eines Magnesiumoxids präpariert. Die Temperatur dieses Substrats wurde bei 950ºC eingestellt und ein Iridiumfilm wurde auf der Substratoberfläche durch Sputtern angewachsen. Die Dicke des Iridiumfilms betrug 0,4 um.
Keime aus Diamant wurden auf dem Iridiumfilm, gebildet auf dem Substrat, angewachsen, und zwar in einem Verfahren ähnlich zu demjenigen in Beispiel 1.
Die Dichte der Keime, gebildet auf der Oberfläche des Iridiumfilms, betrug 1 · 10&sup9;/cm². Dann wurde dieses Substrat in die Kammer zurückgeführt. Die Potentiale der Filamente und einer Elektrode wurden aneinander angeglichen, der Druck der Kammer wurde auf 13 kPa (100 Torr) eingestellt, Methan und Wasserstoff wurden unter Strömungsrate von 2 sccm und 500 sccm jeweils zugeführt und die Temperatur des Substrats wurde bei 790ºC eingestellt, um einen Diamantfilm für 3 Stunden unter diesen Bedingungen zu bilden. Als Ergebnis wurde ein Diamantfilm von 3 um in der Dicke auf der Oberfläche des Iridiumfilms angewachsen. Dieser Diamantfilm wurde mit einem SEM beobachtet, um zu erkennen, dass die Kristallorientierung des Diamants im wesentlichen mit derjenigen des Iridiumfilms übereinstimmte.

(Vergleichsbeispiel 1)

Wie Fig. 7 zeigt, wurde eine Diamantsynthese-Vorrichtung 100 durch Entfernen der Elektrode 4 und der dc-Energiequelle 8 von der Diamantsynthese-Vorrichtung 1, dargestellt in Fig. 1, gebildet. Die verbleibende Struktur dieser Vorrichtung 100 war ähnlich zu derjenigen der Diamantsynthese-Vorrichtung 1, dargestellt in Fig. 1.
Der Druck einer Kammer 2 der Diamantsynthese-Vorrichtung 100, die die vorstehend erwähnte Struktur besaß, wurde bei 13 kPa (100 Torr) eingestellt, und Wasserstoff und Methan wurden in die Kammer 2 von einem Gaseinlass-Anschluss 10 unter Strömungsraten von 1000 sccm und 20 sccm jeweils eingeführt. Die Temperatur der Filamente 3 wurde bei 2000 t 20ºC beibehalten.
Die Differenz zwischen den mittleren Potentialen der Filamente 3 und einem Substrat 11 betrug 150 V. Das Potential der Filamente 3 war höher als dasjenige des Substrats 11. Zu diesem Zeitpunkt floss kein Strom zwischen den Filamenten 3 und dem Substrat 11. Dieser Zustand wurde für 30 Minuten beibehalten, und danach wurde das Substrat 11 von der Vorrichtung 100 herausgenommen.
Das Substrat 11 wurde mit einem SEM beobachtet, um zu erkennen, dass Keime aus Diamant auf der Oberfläche des Substrats 11 in einer Dichte von 3 · 107/cm² gebildet wurden.
Dann wurde dieses Substrat 11 in die Kammer 2 zurückgeführt, der Druck wurde bei 13 kPa (100 Torr) eingestellt, die Strömungsraten von Methan und Wasserstoff wurden auf 2 sccm und 500 sccm jeweils eingestellt und die Temperatur des Substrats 11 wurde bei 980ºC eingestellt, und dieser Zustand wurde für 100 Stunden beibehalten, um dadurch einen Diamantfilm auf der Oberfläche des Substrats 11 zu bilden. Obwohl der Diamantfilm auf der gesamten Oberfläche des Substrats 11 angewachsen war, war dieser Diamantfilm nicht kontinuierlich. Der Diamantfilm wurde mit einem SEM beobachtet, um herauszufinden, dass die Kristallorientierung des Diamants zufällig war.

(Vergleichsbeispiel 2)

Eine Diamantsynthese-Vorrichtung 100 ähnlich zu derjenigen, die im Vergleichsbeispiel 1 eingesetzt war, wurde in dem Vergleichsbeispiel 2 eingesetzt. In dieser Diamantsynthese- Vorrichtung 100 wurde der Innendruck einer Kammer 2 bei 13 kPa (100 Torr) eingestellt.
Wasserstoff und Methan wurden in die Kammer 2 von einem Gaseinlass-Anschluss 10 unter Strömungsraten von 100() sccm und 20 sccm jeweils eingeführt. Die Temperatur von Filamenten 3 wurde bei 2000 ± 20ºC beibehalten. Als die Differenz zwischen den zwischen den mittleren Potentialen der Filamente 3 und einem Substrat 11 150 V betrug, wurde keine Entladung dazwischen eingerichtet. Deshalb wurde eine dc-Energiequelle zwischen den Filamenten 3 und dem Substrat 11 vorgesehen, so dass die Differenz zwischen den mittleren Potentialen davon 250 V betrug. Zu diesem Zeitpunkt waren die Potentiale der Filamente 3 höher als diejenigen des Substrats 11. Dann wurde eine intermittierende Entladung eingerichtet, um die Filamente 3 nach 5 Minuten zu brechen.
Dann wurde die Oberfläche des Substrats 11 mit einem SEM beobachtet, um herauszufinden, dass Keime aus Diamant auf dieser Oberfläche gebildet wurden. Es wurde erkannt, dass die Dichte der Keime 3 · 10&sup9;/cm² an einem zentralen Bereich des Substrats 11 und 3 · 10¹&sup0;/cm² an einem peripheren Bereich betrug. Dann wurden die Filamente 3 gegen normale ausgetauscht. Das mittlere Potential der neuen Filamente 3 war höher als dasjenige des Substrats 11 um 150 V. Das Substrat 11 wurde in die Kammer 2 zurückgeführt, der Druck wurde bei 100 Torr eingestellt, die Strömungsraten von Methan und Wasserstoff wurden bei 2 sccm und 500 sccm jeweils eingestellt, die Temperatur des Substrats 11 wurde bei 980ºC eingestellt, und diese Atmosphäre wurde für 100 Stunden beibehalten, um dadurch einen Diamantfilm auf der Oberfläche des Substrats 11 zu bilden. Als Ergebnis wurde erkannt, dass ein Diamantfilm von 20 um in der Dicke im wesentlichen auf der gesamten Oberfläche des Substrats 11 mit Ausnahme eines Teils unter einem Abstand von 1 bis 2 mm von seinem Endbereich angewachsen wurde. Dieser Diamantfilm wurde mit einem SEM beobachtet, um herauszufinden, dass die Kristallorientierung des Diamants mit derjenigen des Substrats 11 in einem zentralen Bereich von ungefähr 0,5 Inch im Durchmesser übereinstimmte, und der erstere war mit dem letzteren in dem Außenbereich dieses Bereichs nicht übereinstimmend.
Obwohl Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, kann dieselbe auf verschiedene Art und Weisen modifiziert werden. Während drei ac-Energiequellen 6a, 6b und 6c in Beispiel 3 zum Beispiel eingesetzt wurden, können diese Energiequellen so ersetzt werden, dass irgendeines der Filamente 3a oder 3b temporär höhere Potentiale hat.
Während die dc-Energiequelle 8 in Beispiel 1 zum Beispiel eingesetzt wurde, kann diese Energiequelle durch eine ac-Energiequelle ersetzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und erläutert worden ist, ist klar verständlich, dass dieselbe nur ein Beispiel darstellt und nicht als Einschränkung herangezogen werden soll, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Verfahren zum Synthesieren von Diamant auf einem Substrat (11) von einem Gas, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, das die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Elektronenemitters (3, 3c), der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, oberhalb des Substrats, und Bereitstellen einer Elektrode (4, 4a bis 4e) an einer Position, die von dem Elektronenemitter getrennt ist;

Bilden von Keimen aus Diamant auf dem Substrat (11) durch mindestens temporäres Versorgen des Elektronenemitters (3, 3c) mit einem Potential, das relativ höher als dasjenige des Substrats ist, und zumindest temporäres Versorgen der Elektrode (4, 4a bis 4e) mit einem Potential, das relativ höher als dasjenige des Elektronenemitters (3, 3c) ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem Elektronenemitter (3, 3c) und dem Substrat (11) zu erzeugen, während sich Elektronen von dem Elektronenemitter (3, 3c) zu der Elektrode (4, 4a bis 4e) bewegen, und Erzeugen eines Plasmas zwischen der Elektrode (4, 4a bis 4e) und dem Elektronenemitter (3, 3c); und Angleichen der Potentiale des Elektronenemitters und der Elektrode aneinander zum Anwachsen eines Films aus Diamant von den Diamantkeimen.

2. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 1, wobei ein ac-Potential zwischen dem Elektronenemitter (3, 3c) und der Elektrode (4, 4a bis 4e) angelegt wird.

3. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 1, wobei der Elektronenemitter (3, 3c) zwischen der Elektrode (4, 4a bis 4e) und dem Substrat (11) vorgesehen ist.

4. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Elektroden (4a bis 4e) vorgesehen ist und die Potentiale jeweiliger der Elektroden (4a bis 4e) unabhängig voneinander kontrolliert werden.

5. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 1, wobei das Substrat (11) eine einkristalline Substanz ist.

6. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 1, wobei eine Dünnfilmschicht von nicht mehr als 100 um in der Dicke auf der Oberfläche des Substrats (11) gebildet ist.

7. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant auf einem Substrat (12) mit einem Plasma, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, das die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines ersten Elektronenemitters (3a), der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, oberhalb des Substrats (12), und Bereitstellen eines zweiten Elektronenemitters (3b), der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, an einer Position, die von dem ersten Elektronenemitter (3a) getrennt ist; und

zumindest temporäres Versorgen des zweiten Elektronenemitters (3b) mit einem Potential, das höher als dasjenige des ersten Elektronenemitters (3a) ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem ersten Elektronenemitter (3a) und dem zweiten Elektronenemitter (3b) zu erzeugen, und zumindest temporäres Versorgen des Substrats (12) mit einem Potential, das niedriger als das durchschnittliche Potential des ersten und des zweiten Elektronenemitters (3a, 3b) ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem Substrat (12) und dem ersten Elektronenemitter (3a) und zwischen dem Substrat (12) und dem zweiten Elektronenemitter (3b) zu erzeugen.

8. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 7, wobei ein ac-Potential zwischen dem ersten Elektronenemitter(3a) und dem zweiten Elektronenemitter (3b) angelegt wird.

9. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant auf einem Substrat (12) mit einem Plasma, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, das die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines ersten Elektronenemitters (3a), der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, oberhalb des Substrats (12), und Bereitstellen eines zweiten Elektronenemitters (3b), der ein Thermoelektronen emittierendes Material enthält, an einer Position, die von dem ersten Elektronenemitter (3a) separiert ist; Bilden von Keimen aus Diamant auf dem Substrat (12) durch zumindest temporäres Versorgen des zweiten Elektronenemitters (3b) mit einem Potential, das höher als dasjenige des ersten Elektronenemitters (3a) ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem ersten Elektronenemitter (3a) und dem zweiten Elektronenemitter (3b) zu erzeugen, und zumindest temporäres Versorgen des Substrats (12) mit einem Potential, das niedriger als das durchschnittliche Potential des ersten und des zweiten Elektronenemitters (3a, 3b) ist, um dadurch ein Plasma zwischen dem Substrat (12) und dem ersten Elektronenemitter (3a) und zwischen dem Substrat (12) und dem zweiten Elektronenemitter (3b) zu erzeugen; und

Angleichen des Potentials des ersten Elektronenemitters (3a) und desjenigen des zweiten Elektronenemitters (3b) aneinander zum Anwachsen eines Films aus Diamant von den Keimen des Diamants.

10. Verfahren zum Synthetisieren von Diamant nach Anspruch 9, wobei ein ac-Potential zwischen dem ersten Elektronenemitter (3a) und dem zweiten Elektronenemitter (3b) angelegt wird.