专利名称：金刚石膜形成方法和它的膜形成夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金刚石膜形成方法和它的膜形成夹具(jig)，并且更特别的是，它涉及一种用于在金属材料的内表面上形成金刚石膜的膜形成技术，所述金属材料包括中空的主体和凹部。
背景技术：
金刚石在室温下具有大约5.5ev的能带隙(bandgap)，并且除了机械、化学和热性能外，金刚石具有良好的半导体性能和光学性能，并且因此关注集中在作为半导体材料的金刚石上。
如同已经公开了使用金刚石作为半导体材料的技术(参考JP-A 2002-298777(KOKAI)和JP-A 2003-132850(KOKAI))，例如冷阴极放电装置。在这些技术中，具有高的二次电子发射效率并且对喷溅具有高的阻力的金刚石可用于为冷阴极放电装置提供高的发光效率和更长的使用寿命。这些冷阴极放电装置具有简单的结构，同时没有加热丝，所述装置可以容易地减小尺寸，可用在低温下并且具有相当长的使用寿命，从而它们广泛用于液晶装置的照明、背部照明等。
另外，为了提高从金刚石的表面的二次电子发射的效率，已经公开了由这样一种金属材料制造的电极，其中金刚石层形成在杯形的或者管状的内表面上(例如参考美国专利No.5880559)。
然而，当金刚石膜将形成在杯形或管状金属材料的内表面上时，如果使用CVD(化学气相沉积)方法，金刚石制成的厚的膜容易形成在金属材料的外周部分中，并且因此难以在杯形或者管状金属材料的内表面上形成金刚石膜。
如上所述，适合的是作为用在冷阴极放电装置中的冷阴极，金刚石膜形成在杯形或者管状金属材料的内表面上，以改善从金刚石的表面的二次电子发射的效率，但是原理上通过CVD方法难以仅在内表面上形成金刚石膜。因此，需要开发一种膜形成方法，该方法使得可以有效地在杯形或者管状金属材料的内表面上形成金刚石膜。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种金刚石膜形成方法，其包括在低于650℃的温度，在至少包括碳和氢气的第一混合气体中，在金属材料和半导体材料的混合体中，在金属材料的表面上形成金刚石晶核；和在低于750℃的温度，在至少包括碳和氢气的第二混合气体中，使所述形成在混合体中的金刚石晶核生长以形成金刚石膜。
根据本发明的第二方面，提供一种金刚石膜形成方法，其包括通过在金属材料的一个表面上的开口边缘上设置半导体材料，其中开口形成在所述金属材料中，在低于650℃的温度，在至少包括碳和氢气的第一混合气体中，在所述开口的内表面上形成金刚石晶核；和在低于750℃的温度，在至少包括碳和氢气的第二混合气体中，使形成在金属材料上的金刚石晶核生长以形成金刚石膜。
根据本发明的第三方面，提供一种膜形成夹具，其包括
支撑台；保持器，安装在支撑台上，并且具有至少一个第一开口；和遮掩元件，安装在保持器上，并且具有第二开口，第二开口的内部尺寸比第一开口的内部尺寸更短。
图1A和图1B是示出在本发明中使用的膜形成目标基体材料的结构的透视图；图2A和图2B是沿着图1的线IIA-IIA和IIB-IIB的剖视图；图3是用在本发明的金刚石膜形成方法中的膜形成夹具的透视图；图4是沿着图3的线IV-IV的剖视图；图5是涉及膜形成夹具的剖视图，其中图1所示的管状金属材料1a容纳在保持器12的开口12a中；图6是一示意图，示出了当金刚石膜的形成实现为根据本发明的结构时如何形成金刚石膜；图7是一示意图，示出了在不使用保持器12和遮掩元件13来进行等离子体CVD的情况中如何形成金刚石膜；图8是一示意图，示出了在不使用遮掩元件13进行等离子体CVD的情况中如何形成金刚石膜；图9是一示意图，示出了当金属材料的上端暴露在反应空间中时金刚石膜如何形成；图10是一透视图，示出了在本发明中使用的另一种形式的膜形成目标基体材料；图11是一透视图，示出了在本发明的金刚石膜形成方法中使用的另一种形式的膜形成夹具；
图12是一示意图，示出了通过使用金属材料制造的放电灯冷阴极的一个实例，所述金属材料利用金刚石膜形成方法制造；图13是一示意图，示出了通过使用金属材料制造的放电灯冷阴极的一个实例，所述金属材料利用金刚石膜形成方法制造；图14是当图13所示的冷阴极20b用作电极时的冷阴极放电灯的方案图；图15是一方案图，用于解释本发明的金刚石膜形成方法；图16是一方案图，用于解释本发明的金刚石膜形成方法；和图17是一方案图，用于解释本发明的金刚石膜形成方法。
具体实施例方式
本发明的实施例下面将参考附图进行描述。在下面附图的描述中，相同或者相似的附图标记表示相同或者相似的部件。应当注意，附图是示意性的，并且厚度和平面尺寸之间的关系、各层的厚度的比例等根据实际有所不同。因此，下面的说明应当认为是判断具体的厚度和尺寸。还应当理解，附图包括尺寸的关系和比例彼此不同的部件。
在描述本发明的实施例之前，将描述本发明的概要。为了在金刚石以外的物质制成的基体材料上形成金刚石膜，需要在它的膜形成表面上产生金刚石晶核(nuclei)。产生金刚石晶核的已知方法包括基底刮涂(substrate scratching)方法和等离子体CVD方法。
基底刮涂方法是这样一种方法，其中金刚石粉末通过刮涂从而物理连接在基体材料上。已知另一种方法，其中基体材料浸入金刚石的悬浮液中，并且金刚石通过超声波处理连接在基体材料上。然而，这两种方法都具有随机的本质，并且需要许多专门的技能以使基体材料的表面状态成为具有良好的再现性的相同状态。
在等离子体CVD方法中，使用一种称为偏压处理(biastreatment)的方法，其中电场被施加穿过等离子体和基体材料以产生金刚石晶核。这种方法的使用允许金刚石膜同样形成在由金刚石以外的物质制成的基体材料上。
通过进行试验，本发明人已经发现一种制造条件，其中当金刚石膜将形成在例如由钼制成的金属材料上和例如由硅制成的半导体基体材料上时，偏压处理的条件和随后的金刚石膜形成的条件可以被控制使得在等离子体CVD方法的相同过程中金刚石膜仅形成在金属材料上或者仅形成在半导体基体材料上。
更具体的是，如图15所示，已经确认，当在低于650℃的温度在至少包括碳和氢的第一混合气体中对金属材料101和半导体材料102的混合体进行偏压处理时(在图15中，金属材料101设置在半导体材料102上)，金刚石晶核103没有形成在半导体材料102上，相反，金刚石晶核103仅形成在金属材料101上，如图16所示。
后来，已经确认，当对于这种混合体在低于750℃的温度在至少包括碳和氢的第二混合气体中形成金刚石膜时，金刚石晶核103没有形成在半导体材料102上，而是均匀的金刚石膜104形成在金属材料101上，如图17所示。
在上述制造机制的基础上，本发明人已经成功地发现一种金刚石膜形成方法，所述方法使得可以适合地在杯形或者管状金属材料的内表面上形成金刚石膜。
(金刚石膜形成方法的实施例)首先，将描述根据本发明的金刚石膜形成方法。图1A和图1B是示出在本发明中使用的膜形成目标基体材料的结构的透视图。图2A和图2B是沿着图1A和图1B的线IIA-IIA和IIB-IIB的剖视图。
使用如图1A和图2A所示的管状金属材料1a和如图1B和图2B所示的杯形金属材料作为在本发明中使用的膜形成目标基体材料。金刚石膜形成在这些金属材料1a和1b的开口2a和2b的内表面上。
下面图3和图4中示出了膜形成夹具，当在金属材料1a和1b的开口2a和2b的内表面上形成金刚石膜时使用所述夹具。图3是在本发明的金刚石膜形成方法中使用的膜形成夹具的透视图。图4是沿着图3的线IV-IV的剖视图。
如图3和图4所示，在本发明的金刚石膜形成方法中使用的膜形成夹具包括支撑台11、保持器12和遮掩元件13。支撑台11由金属材料例如钼制成，并且具有板形或者柱形。支撑台11的厚度不具体限制，但是构造成例如大约为10毫米。
保持器12安装在支撑台11上，并且包括至少一个开口12a(第一开口)(图3中有四个开口)。保持器12由半导体材料例如硅(Si)制成。
如图4所示，保持器12的开口12a设计成具有这样的尺寸，该尺寸例如使得图1和图2所示的金属材料1a或1b可以容纳在其中。也就是说，金属材料1a和1b的长度LM1和LM2的尺寸设计成与保持器12的厚度tH相同，并且金属材料1a和1b的外部尺寸WM1和WM2的尺寸设计成与保持器12的开口12a的内部尺寸WH1相同。保持器12的厚度tH取决于金属材料1a和1b的长度LM1和LM2，所述金属材料1a和1b是膜形成目标元件，但是所述保持器的厚度设计成例如大约为2到5毫米。
遮掩元件13安装在保持器12上，并且包括开口13a(第二开口)，所述开口13a具有内部尺寸WH2，WH2小于保持器12的开口12a的内部尺寸WH1。遮掩元件13由半导体材料例如硅(Si)制成，并且所使用的遮掩元件13的厚度例如大约为300到500微米。
下面将描述制造图3和图4中所示的膜形成夹具的方法。
首先，制备由金属材料例如钼制成的平坦基底作为支撑台11。接着，制备由硅制成的硅基底作为保持器12，并且然后多个通孔(开口12a)通过超声波加工方法形成在所述硅基底上，所述通孔的内部尺寸WH1与金属材料1a或1b的外部尺寸WM1或WM2相近。多个通孔12a形成在其中的硅基底安装在支撑台11上。在这种情况中，支撑台11和保持器12仅需要物理接触，并且保持器12通过它的自重安装在支撑台11上。然后，图1和图2所示的金属材料1a和1b容纳在保持器12的开口12a中，从而其开口位于支撑台11的表面的竖直上方。
接着，制备硅基底作为遮掩元件13，并且然后，开口13a通过例如利用氢氧化钾进行蚀刻处理从而形成在与保持器12中形成的通孔(开口12a)相对应的位置处，所述开口13a的内部尺寸WH2与金属材料1a和1b的内部尺寸WM1a和WM2a相近。然后，遮掩元件13安装在保持器12上，从而形成的开口13a的外边缘(遮掩元件13的一个表面上的以及形成开口13a的部分中的开口的端部)对应于形成金属材料1a和1b的内部尺寸WM1a和WM2a的外边缘，所述金属材料容纳在开口12a中(金属材料1a和1b的一个表面上的并且开口形成在其中的开口的端部)。
图5是涉及膜形成夹具的剖视图，其中图1所示的管状金属材料1a容纳在保持器12的开口12a中。如图5所示，金属材料1a容纳在保持器12的开口12a中，其中所述金属材料1a是膜形成夹具，从而这个金属材料1a的开口2a暴露在支撑台11的表面的竖直上方。另外，金属材料1a具有这样的结构，该结构中，遮掩元件13设置在一个表面(下文称为上端)3a上，这个金属材料1a的开口2a形成在其处。
接着，例如，容纳金属材料1a的如图5所示的膜形成夹具放置在等离子体CVD装置(未示出)中，以金刚石为靶，并且然后金刚石膜形成。这时，金刚石膜的形成在两个阶段进行。在第一阶段，金刚石晶核形成在膜形成元件的开口的内表面上(金刚石晶核形成过程)，所述晶核起着用于生长金刚石膜的源头的作用。
具体的是，例如如图6所示，相对于等离子体为负的电压(例如大约150到300伏)施加到容纳金属材料1a的膜形成夹具的支撑台11，并且容纳在保持器12中的金属材料1a带负电荷从而将转换成等离子体的碳原子的正离子掺入金属材料1a的开口2a的内表面中，从而产生金刚石晶核。此时，处理条件被控制如下例如金属材料1a的开口2a的上方也就是遮掩元件13的上方的温度(下文简单称为处理温度)例如为500℃；压力为6托(torr)；混合气体为CH4/(CH4+H2)＝0.01到0.2(1到20％)；并且在等离子体的产生过程中增加的电流的量为10到30毫安。因此，热处理进行15分钟。
在这个金刚石晶核形成过程中，所述处理优选在低于650℃的温度进行。如果在金刚石晶核形成过程中在低于650℃的温度进行这个处理，那么金刚石晶核不会形成在遮掩元件13的表面上，并且金刚石晶核仅有效地形成在暴露在反应空间中的金属材料1a的开口2a的表面(内表面)上。当处理温度超过650℃时，在供应到金属材料1a的开口2a中的碳在金属材料1a的内表面上形成为金刚石晶核之前，碳扩散到金属材料1a的表面层上，从而金刚石晶核不能有效地形成在开口2a的内表面上。另外，在金刚石晶核形成过程中，处理温度的下限适时地根据金属材料1a的尺寸、混合气体、装置中的压力等改变，但是400℃或更高的温度作为处理温度是优选的，从而允许金刚石晶核的产生。另外，金属材料1a此处已经描述，但是不言而喻对于金属材料1b也是相同的。
接着，作为第二阶段，形成在开口2a的内表面上的金刚石晶核生长，从而形成金刚石膜(金刚石膜形成过程)。
具体的是，处理温度设置为650℃，并且微波功率设置为1500瓦，并且混合气体被控制成CH4/(CH4+H2)＝0.005到0.05(0.5到5％)，因此在90分钟内执行所述膜形成过程。
在金刚石膜形成过程中，所述处理优选在低于750℃的温度进行。如果在金刚石膜形成过程中在低于750℃的温度进行所述处理，那么在金属材料1a的开口2a的内表面上形成的金刚石晶核可以有效地生长以形成金刚石膜。当在金刚石膜形成过程中处理温度超过750℃时，金刚石晶核产生在由半导体材料制成的遮掩元件13的表面上。在这种情况中，反应空间中的碳集中在遮掩元件13的表面上产生的金刚石晶核上，并且碳被消耗用于金刚石晶核的生长，从而碳没有方便地供应到金属材料1a的开口2a，并且金刚石膜不能有效地生长。
也就是说，在低于750℃的温度执行所述处理抑制了遮掩元件13的表面上的金刚石晶核的产生，所述元件13由半导体材料制成，并且因此可以有效地在金属材料1a的开口2a的内表面上形成金刚石膜。另外，在金刚石膜形成过程中，处理温度的下限同样根据金属材料1a的尺寸、混合气体、装置中的压力等适时地改变，但是600℃或更高的温度作为处理温度是优选的，从而允许金刚石晶核的产生。另外，金属材料1a在此处进行了描述，但是不言而喻金属材料1b也是相同的。
当在上述处理条件下进行处理时，厚度大约为2微米的金刚石膜可以仅形成在金属材料1a和1b的开口2a和2b的内表面上。
在金刚石膜形成过程中，装置中的压力优选比在金刚石晶核形成过程中的压力更高。当在金刚石膜形成过程中装置中的压力因此高于在金刚石晶核形成过程中装置中的压力时，可以进一步促进在金属材料1a和1b的开口2a和2b的内表面上形成的金刚石晶核的生长，从而使得金刚石膜能够有效地形成。
另外，在上述的特定实例中，甲烷/氢气对于金刚石晶核形成过程和金刚石膜形成过程用作原料气体，但是本发明不限于此。例如，丙酮或甲醇可以被加热作为用于金刚石膜形成过程的原料气体。另外，载运气体例如氢气可以用于使丙酮或者甲醇起泡(bubble)。上述方法还可以用于获得与使用甲烷/氢气时类似的效果。在金刚石膜形成过程中金刚石膜形成的速度与氢和碳之间的原子量比率成比例，并且金刚石膜形成速度与使用基于甲烷/氢气的材料时的情况差别不大。
具体的是，在金刚石晶核形成过程已经在上述条件下利用甲烷/氢气进行之后，当使用氢气作为载运气体以使金刚石膜形成中的丙酮(C3H6O)起泡时，如果当C3H6O除以甲烷(C3H6O)和氢气(H2)的原子和时获得的商，也就是(C3H6O/(C3H6O+H2))，在0.001到0.15(0.1到15％)的范围中，膜形成是可以的。此时，其它的膜形成条件包括1500瓦的微波功率和650℃的处理温度。另外，在金刚石膜形成过程中，如果膜形成在C3H6O/(C3H6O+H2)＝0.002到0.02(0.2到2％)的范围中进行，那么良好的金刚石膜可以以更高的生长速度形成。
另外，当p型金刚石膜形成在金属材料1a和1b的开口2a和2b中时，混杂的原料物质例如乙硼烷或者三甲基硼或者硼酸三甲酯或者硼酸三乙酯被混合。具体的是，硼酸三乙酯以0.2％被混合到丙酮中的混合物被加热，并且被蒸发用作原料，并且膜形成在这样的条件下进行，所述条件包括1500瓦的微波功率、650℃的处理温度和C3H6O/(C3H6O+H2)＝0.01(1.0％)，从而可以形成具有103欧姆/厘米的特定电阻的多晶金刚石膜。
钼已经示出作为上述的金属材料1a和1b，但是本发明不限于此，并且可以使用钨、钴、镍或者例如包括这些物质的合金。管状或者杯形已经描述作为金属材料1a和1b的形状，但是本发明不限于此，并且不言而喻本发明还可以应用到设置有具有其它形状的开口的金属材料。
在容纳金属材料1a和1b的膜形成夹具中，钼已经示出用于支撑台11，但是本发明不限于此，并且可以使用钨、钴、镍或者例如包括这些物质的合金。
另外，当金属材料1a和1b容纳在图5所示的膜形成夹具中以在金属材料1a和1b的开口2a和2b的内表面上形成金刚石膜时，金刚石膜同样形成在位于保持器12的开口12a的下面的暴露的支撑台11上。然而，这没有问题，因为当金属材料1a和1b从膜形成夹具移开时，这个膜通过提升离开的作用被分离。
下面，参考图6到图9，当遮掩元件13设置在金属材料1a和1b的上端3a上时，将有所述的效应，开口2a和2b形成在所述上端3a处。如图7和图8所示，当不利用遮掩元件13进行等离子体CVD处理时，金刚石膜4a和4b通过等离子体15形成在金属材料1a的上端3a上。如果金刚石膜4a和4b用这种方式形成在金属材料1a的上端3a上，碳原子集中在金刚石膜4a和4b上，并且因此被消耗，从而碳原子不能方便地提供给金属材料1a的开口2a的内侧，因此使得难以均匀地在金属材料1a的开口2a的内表面上形成金刚石膜。这种情况适用于图9，并且不是优选的，因为金刚石膜4c形成在金属材料1a的上端3a上，所述上端3a没有设置遮掩元件13。
相反，如图6所示，在根据本发明的结构中，遮掩元件13设置在金属材料1a的上端3a上，并且等离子体CVD处理在这样的条件下进行，即金刚石晶核没有在遮掩元件13的表面上产生，从而金刚石膜没有形成在遮掩元件13的表面上方，包括金属材料1a的上端3a，并且金刚石膜可以均匀地仅形成在金属材料1a的开口2a的内表面上。
优选的是，上述遮掩元件13同样设置在金属材料1a和1b的上端3a和3b上。例如，如图9所示，当金属材料1a的上端处的开口边缘的附近暴露在反应空间中时，金刚石膜4c不适合地形成在该部分中。
另外，优选的是，遮掩元件13同样设置在金属材料1a的上端3a上，但是遮掩元件13可以构造成微微阻塞金属材料1a的开口2a，如图10所示，只要遮掩元件13同样设置在金属材料1a的上端3a上。也就是说，涉及图10所示的金属材料1a的开口2a的内部尺寸WM1a和遮掩元件13的开口13a的内部尺寸WH2，类似的效果可以获得，即使它们的内部尺寸设计成WH2等于0.8倍的WM1a。
另外，上面已经描述了一个实例，其中主要使用金属材料1a，但是显而易见，当使用杯形的金属材料1b时，也可以获得类似的效果。
另外，上述的膜形成夹具中的保持器12和遮掩元件13可包括这样的结构，其中，凹部14设置在保持器12’的开口12a’的外周上，并且突起15设置在遮掩元件13’的开口13a’的外周上，从而突起15配合在凹部14中。
(放电灯冷阴极和冷阴极放电灯的实施例)
利用上述金刚石膜形成方法制造的金属材料可用于冷阴极放电灯的冷阴极。图12和图13是示意性剖视图，示出了通过使用金属材料1a和1b制造的放电灯冷阴极的实例，所述金属材料利用上述的金刚石膜形成方法制造。
图12所示的冷阴极20a是通过使用图1A所示的管状金属材料1a制造的冷阴极。如图12所示，冷阴极20a包括金属杆22，杆22具有穿缆(draw lead)21a以及金属材料24a，所述穿缆用于从外部施加电压，所述金属材料24a具有形成在开口2a的内表面上的金刚石膜23a，并且金属杆22和金属材料24a通过连接元件25固定。
图13所示的冷阴极20b是通过使用图1B所示的杯形金属材料1b制造的冷阴极。如图13所示，冷阴极20b包括穿缆21b以及金属材料24b，所述穿缆用于从外部施加电压，所述金属材料24b具有形成在开口2b的内表面上的金刚石膜23b，并且所述穿缆21b和金属材料24b焊接在一起。
金属杆22没有具体限制，只要它由传导材料制成就行。另外，在本实施例中示出了使用镍的一个实例。在金属杆22连接到金属材料24a的情况中，连接元件25是用于将金属杆22连接和固定到金属材料24a的元件。
接着，将描述当上述冷阴极用于冷阴极放电灯时冷阴极放电灯的概要。图14示出了当图13所示的冷阴极20b用作电极时冷阴极放电灯的方案图。
在图14所示的冷阴极放电灯中，包括少量水银的稀有气体等密封在玻璃管26中，并且由发光体制成的荧光膜27形成在玻璃管26的内壁上，所述发光体通过紫外线产生可见光。另外，冷阴极20b设置在这个玻璃管26的两端处。
冷阴极20b包括金属材料24b和穿缆21b，金属材料24b由具有约0.1到0.2毫米的厚度和2到4毫米的长度的钼制成，穿缆21b电连接到金属材料24b。穿缆21b在玻璃管26的端部处在大约0.2到1.0毫米上密封，并且通向玻璃管26的外部，从而起着供电引线的作用。所需要的电压通过供电引线施加到冷阴极20b，从而冷阴极20b起着放电电极的作用。
此处，玻璃管26具有大约为1.2到3.0毫米的外径，并且具有大约50到500毫米的长度，并且例如大约0.5到2.0毫克/立方厘米的水银以及大约8到20千帕的稀有气体密封在玻璃管26中。
此处所称的惰性气体代表这样的气体，该气体非常稳定，并且不会与其它元素容易地化学结合，并且例如包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、和氡(Rn)。
当高的电压从外部通过穿缆21b施加到冷阴极放电灯的这个冷阴极20b时，所述冷阴极20b开始放电。当开始放电时，电离的密封气体例如稀有气体与金刚石薄膜23b碰撞，所述薄膜形成冷阴极20b的放电表面，并且通过二次电子发射，电子从金刚石薄膜23b释放。另外，产生这样一个循环，其中这些电子被加速与密封的气体的并且被电离的原子碰撞。也就是说，这样一个循环产生，从而维持放电所需要的电压低于在放电开始点的电压。另外，密封的水银被所述电子与被电离的或者被激发的惰性气体的碰撞所激发，并且产生紫外线。这些紫外线与荧光膜27碰撞以激发荧光膜27的荧光材料，并且产生可见光。
如上所述，在使用金刚石薄膜形成在其中的冷阴极的冷阴极放电灯中，通过金刚石的二次电子发射的高效率，放电起动电压和放电维持电压被降低，并且产生能量所需要的电能可以降低，从而提高发光效率。
另外，冷阴极放电灯已经与图13所示的冷阴极20b一起描述，但是应当理解，当使用图12所示的冷阴极20a时，同样可以提供类似的效果。
图14所示的冷阴极放电灯通过使用根据本发明的金刚石膜形成方法制造，如下所述金刚石膜形成在图2所示的金属材料1b的开口2b的内表面上；穿缆21b焊接到金刚石膜形成在其中的金属材料1b的底部，从而制造冷阴极；冷阴极在密封状态连接到玻璃管26的两端，其中荧光膜27施加到所述玻璃管的内侧；玻璃管内的空气被排出，其中冷阴极在密封状态连接到所述玻璃管；并且稀有气体然后被密封在其中。
用试验方法制造使用钼电极同时没有金刚石衬层的放电灯作为比较的实例，并且与图14所示的冷阴极放电灯在它们的性能方面进行比较。结果，在比较实例中，放电维持电压大约为150伏，但是在图14所示的冷阴极放电灯中，在所有的情况中，放电维持电压为100伏或者更小，并且最低放电维持电压大约为70伏。另外，放电连续进行1000小时，但是没有发现特殊的性能下降。
如上所述，根据本发明的实施例，可以适合地在杯形或者管状金属材料的内表面上形成金刚石膜。
对于本领域的普通技术人员来说，另外的优点和修改将是显而易见的。因此，本发明广义上不限于此处所示和所述的具体细节和代表性实施例。因此，在不脱离权利要求和它们的等效结构限定的基本发明概念的实质和范围的情况下，可以做出多种修改。
权利要求
1.一种金刚石膜形成方法，其特征在于，包括在低于650℃的温度，在至少包括碳和氢气的第一混合气体中，在金属材料和半导体材料的混合体中，在金属材料的表面上形成金刚石晶核；和在低于750℃的温度，在至少包括碳和氢气的第二混合气体中，使所述形成在混合体中的金刚石晶核生长以形成金刚石膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石膜以比所述形成金刚石晶核中的空气压力更高的空气压力形成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一混合气体包括甲烷气体和氢气。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二混合气体包括甲烷气体和氢气。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，第二混合气体还包括至少一种从包括硼酸三甲酯、乙硼烷和三甲基硼的组中选择的物质。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二混合气体包括丙酮或甲醇和氢气的混合气体。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，从包括硼酸三甲酯、乙硼烷和三甲基硼的组中选择的至少一种另外被引入第二混合气体中。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属材料包括至少一种从包括钼、钨、钴和镍的组中选择的材料。
9.一种金刚石膜形成方法，其特征在于，包括通过在金属材料的一个表面上的开口边缘上设置半导体材料，其中开口形成在所述金属材料中，在低于650℃的温度，在至少包括碳和氢气的第一混合气体中，在所述开口的内表面上形成金刚石晶核；和在低于750℃的温度，在至少包括碳和氢气的第二混合气体中，使形成在金属材料上的金刚石晶核生长以形成金刚石膜。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金刚石膜以比所述形成金刚石晶核中的空气压力更高的空气压力形成。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一混合气体包括甲烷气体和氢气。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二混合气体包括甲烷气体和氢气。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，第二混合气体还包括至少一种从包括硼酸三甲酯、乙硼烷和三甲基硼的组中选择的物质。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，第二混合气体包括丙酮或甲醇和氢气的混合气体。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，从包括硼酸三甲酯、乙硼烷和三甲基硼的组中选择的至少一种另外被引入第二混合气体中。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属材料包括至少一种从包括钼、钨、钴和镍的组中选择的材料。
17.一种膜形成夹具，其特征在于，包括支撑台；保持器，安装在支撑台上，并且具有至少一个第一开口；和遮掩元件，安装在保持器上，并且具有第二开口，第二开口的内部尺寸比第一开口的内部尺寸更短。
18.如权利要求17所述的膜形成夹具，其特征在于，所述支撑台由这样一种金属制成，所述金属包括至少一种从包括钼、钨、钴和镍的组中选择的材料。
19.如权利要求17所述的膜形成夹具，其特征在于，所述保持器和遮掩元件由半导体材料制成。
全文摘要
一种金刚石膜形成方法，包括在低于650℃的温度，在至少包括碳和氢气的第一混合气体中，在金属材料(101)和半导体材料(102)的混合体中，在金属材料(103)的表面上形成金刚石晶核(103)，并且在低于750℃的温度，在至少包括碳和氢气的第二混合气体中，使形成在所述混合体中的金刚石晶核(103)生长以形成金刚石膜(104)。
文档编号C23C16/52GK101037767SQ200710086288
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月13日 优先权日2006年3月14日
发明者吉田博昭, 柳瀬勇, 小野富男, 佐久间尚志, 铃木真理子, 酒井忠司 申请人:株式会社东芝