Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7681850B2 - Diamond anvil and its manufacturing method and use method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7681850B2 - Diamond anvil and its manufacturing method and use method - Google Patents

Diamond anvil and its manufacturing method and use method Download PDF

Info

Publication number
JP7681850B2
JP7681850B2 JP2020204936A JP2020204936A JP7681850B2 JP 7681850 B2 JP7681850 B2 JP 7681850B2 JP 2020204936 A JP2020204936 A JP 2020204936A JP 2020204936 A JP2020204936 A JP 2020204936A JP 7681850 B2 JP7681850 B2 JP 7681850B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
anvil
cvd
diamond anvil
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020204936A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022092246A (en
Inventor
宏之 福井
アルフレッド バロン,
義彦 高野
凌 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute for Materials Science
RIKEN
Original Assignee
National Institute for Materials Science
RIKEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute for Materials Science, RIKEN filed Critical National Institute for Materials Science
Priority to JP2020204936A priority Critical patent/JP7681850B2/en
Publication of JP2022092246A publication Critical patent/JP2022092246A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7681850B2 publication Critical patent/JP7681850B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、試料に高圧力を作用させるためのダイヤモンドアンビルに関する。 The present invention relates to a diamond anvil for applying high pressure to a sample.

超高圧状況下の試料の物性(電気抵抗、X線散乱スペクトル等)を測定するために、ダイヤモンドアンビルを用いて試料に高圧力を作用させる。ダイヤモンドアンビルは、小さな先端面を有する略円錐形状の本体であり、例えば天然のダイヤモンドをカットし研磨することにより得られる。 To measure the physical properties (electrical resistance, X-ray scattering spectrum, etc.) of a sample under ultra-high pressure conditions, a high pressure is applied to the sample using a diamond anvil. A diamond anvil is a roughly conical body with a small tip surface, and is obtained, for example, by cutting and polishing a natural diamond.

このような1対のダイヤモンドアンビルは、互いの先端面同士が対向するように配置され、両先端面の間に試料を挟んだ状態で、1対のダイヤモンドアンビルを互いに押し付けるように高圧を作用させる。これにより、超高圧(例えば150GPa~200GPa)を試料に作用させる。このように超高圧が作用している試料の物性を測定することにより、超高圧状況下の試料の物性を測定して、試料の新機能の探索を進めることができる。 A pair of diamond anvils like this are positioned so that their tip faces face each other, and with a sample sandwiched between the tip faces, high pressure is applied to the pair of diamond anvils as they are pressed against each other. In this way, ultra-high pressure (for example, 150 GPa to 200 GPa) is applied to the sample. By measuring the physical properties of the sample while it is being subjected to ultra-high pressure in this way, it is possible to measure the physical properties of the sample under ultra-high pressure conditions and advance the search for new functions for the sample.

例えば、液体窒素により凝固させた硫化水素を試料として、上述のように150GPa程度の超高圧を当該硫化水素に作用させて、その物性として電気抵抗を測定したところ、硫化水素が、絶対温度200Kを超える高い超電導転移温度を示すことが発見されている。 For example, when hydrogen sulfide solidified with liquid nitrogen was used as a sample and subjected to ultra-high pressure of about 150 GPa as described above and its electrical resistance was measured as a physical property, it was discovered that hydrogen sulfide exhibits a high superconducting transition temperature exceeding absolute temperature 200 K.

なお、ダイヤモンドアンビルは、例えば特許文献1に記載されている。 Diamond anvils are described, for example, in Patent Document 1.

特開2018-128286号公報JP 2018-128286 A

上述のようにダイヤモンドアンビルにより、試料(例えば、凝固した硫化水素)に150GPa程度の圧力を作用させた状態で、その物性(X線散乱スペクトル等)を測定するために、試料にX線を長時間(例えば12時間程度)照射し続けると、X線の影響によりダイヤモンドアンビルが破損してしまう問題がある。 As described above, when a sample (e.g., solidified hydrogen sulfide) is subjected to a pressure of about 150 GPa using a diamond anvil and then X-rays are continuously irradiated onto the sample for a long period of time (e.g., about 12 hours) in order to measure its physical properties (e.g., X-ray scattering spectrum), there is a problem that the diamond anvil may be damaged by the effects of the X-rays.

本発明は、この問題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の目的は、ダイヤモンドアンビルにより試料に超高圧(例えば150GPa程度の圧力)を作用させている状態でダイヤモンドアンビルにX線が長時間照射された場合に、X線の影響でダイヤモンドアンビルが破損することを抑制することにある。 The present invention was made to solve this problem. That is, the object of the present invention is to prevent damage to the diamond anvil due to the influence of X-rays when the diamond anvil is irradiated with X-rays for a long period of time while applying ultra-high pressure (e.g., pressure of about 150 GPa) to the sample by the diamond anvil.

上述の目的を達成するため、本発明によると、試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルであって、
ダイヤモンドの本体と、前記本体の表面に形成されたCVDダイヤモンド膜とを有する、ダイヤモンドアンビルが提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a diamond anvil for applying pressure to a sample, comprising:
A diamond anvil is provided having a diamond body and a CVD diamond film formed on a surface of the body.

また、本発明によると、試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルの製造方法であって、
(A)ダイヤモンドの本体を用意し、
(B)化学気相成長法により前記本体の表面にCVDダイヤモンド膜を形成して、前記本体と前記CVDダイヤモンド膜とを有するダイヤモンドアンビルを得る、ダイヤモンドアンビルの製造方法が提供される。
According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a diamond anvil for applying pressure to a sample, the method comprising the steps of:
(A) Prepare a diamond body;
(B) A method for manufacturing a diamond anvil is provided, which comprises forming a CVD diamond film on the surface of the body by chemical vapor deposition to obtain a diamond anvil having the body and the CVD diamond film.

本発明によると、ダイヤモンドの本体の表面にCVDダイヤモンド膜が形成されている。これにより、ダイヤモンドアンビルを用いて試料に超高圧を作用させた状態で、試料およびダイヤモンドアンビルにX線を長時間照射することでダイヤモンドアンビルが破損することを抑制できる。 According to the present invention, a CVD diamond film is formed on the surface of the diamond body. This makes it possible to prevent damage to the diamond anvil when X-rays are irradiated onto the sample and diamond anvil for a long period of time while ultra-high pressure is applied to the sample using the diamond anvil.

本発明が適用可能なダイヤモンドアンビルの一例を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an example of a diamond anvil to which the present invention can be applied. 1対のダイヤモンドアンビルを用いて試料を加圧する場合の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a case where a sample is pressurized using a pair of diamond anvils. 割れが発生したダイヤモンドアンビルを、その先端面側から見た実際の画像である。This is an actual image of a diamond anvil in which a crack has occurred, viewed from its tip face side. 本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビルの構成を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a configuration of a diamond anvil according to an embodiment of the present invention. 図4Aの4B-4B矢視図である。This is a view taken along the line 4B-4B in FIG. 4A. CVDダイヤモンド膜の表面においてダイヤモンド結晶が酸素終端されている結晶構造例の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a crystal structure in which diamond crystals are oxygen-terminated on the surface of a CVD diamond film. CVDダイヤモンド膜の表面においてダイヤモンド結晶が水素終端されている結晶構造例の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a crystal structure in which diamond crystals are hydrogen-terminated on the surface of a CVD diamond film. 本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビルの製造方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing a method of manufacturing a diamond anvil according to an embodiment of the present invention. 実施例によるダイヤモンドアンビルを、X線照射前に、その先端面を裏面側から観察した画像である。1 is an image of the tip face of a diamond anvil according to an embodiment, observed from the back side before X-ray irradiation. 実施例によるダイヤモンドアンビルを、X線照射後に、その先端面を裏面側から観察した画像である。1 is an image of the tip face of a diamond anvil according to an embodiment, observed from the back side after being irradiated with X-rays. 比較例によるダイヤモンドアンビルを、X線照射前に、その先端面を裏面側から観察した画像である。1 is an image of the tip face of a diamond anvil according to a comparative example, observed from the back side before X-ray irradiation. 比較例によるダイヤモンドアンビルを、X線照射後に、その先端面を裏面側から観察した画像である。1 is an image of the tip face of a diamond anvil according to a comparative example, observed from the back side after being irradiated with X-rays. 図4Bにおいて、ダイヤモンドアンビルの表面に印が設けられた場合を示す。FIG. 4B shows the case where a mark is provided on the surface of the diamond anvil.

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that common parts in each drawing are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.

(本発明が適用可能なダイヤモンドアンビル)
図1は、本発明が適用可能なダイヤモンドアンビル10の一例を示す側面図である。ダイヤモンドアンビル10は、試料に高圧力を加えるためのものである。ダイヤモンドアンビル10は、先端面11と、先端面11側の傾斜面12と、先端面11と反対側に位置する基底部13とを有する。先端面11は、ダイヤモンドアンビル10により試料を加圧する時に試料が配置される面(キュレットともいう)である。また、基底部13は、先端面11と反対側を向く底面15を有する。
(Diamond anvil to which the present invention can be applied)
1 is a side view showing an example of a diamond anvil 10 to which the present invention can be applied. The diamond anvil 10 is for applying high pressure to a sample. The diamond anvil 10 has a tip surface 11, an inclined surface 12 on the tip surface 11 side, and a base portion 13 located on the opposite side to the tip surface 11. The tip surface 11 is a surface (also called a curette) on which a sample is placed when the sample is pressurized by the diamond anvil 10. The base portion 13 has a bottom surface 15 facing the opposite side to the tip surface 11.

ダイヤモンドアンビル10は、先端面11から基底部13へ移行するにつれて断面積が次第に大きくなっていく形状を有する。この場合、傾斜面12は、先端面11からダイヤモンドアンビル10の基底部13まで、ダイヤモンドアンビル10の中心軸Cに対して(例えば45度より大きく)傾斜した方向に中心軸Cから離れていくように延びるとともに、中心軸Cを回る周方向に延びて1周している。 The diamond anvil 10 has a shape in which the cross-sectional area gradually increases from the tip surface 11 to the base portion 13. In this case, the inclined surface 12 extends from the tip surface 11 to the base portion 13 of the diamond anvil 10 in a direction inclined (for example, greater than 45 degrees) relative to the central axis C of the diamond anvil 10, moving away from the central axis C, and also extends in the circumferential direction around the central axis C to complete one revolution.

なお、上記断面積は、ダイヤモンドアンビル10の中心軸Cと直交する仮想平面による断面の面積である。中心軸Cは、基底部13から先端面11の側を向いている。先端面11と底面15は、中心軸Cに直交する面であってよい。 The above cross-sectional area is the area of a cross section of an imaginary plane perpendicular to the central axis C of the diamond anvil 10. The central axis C faces from the base 13 toward the tip surface 11. The tip surface 11 and the bottom surface 15 may be planes perpendicular to the central axis C.

ダイヤモンドアンビル10において、先端面11から傾斜面12と基底部13との境界までの部分の形状は、略円錐形状であってよく、例えば、多角錐(一例では正十六角錐)の先端部をカットした接頭多角錐の形状であってよい。なお、先端面11は、10μm以上1mm以下の程度の寸法(例えば直径)を有する面であってよいが、この寸法の面に限定されない。 In the diamond anvil 10, the shape of the portion from the tip surface 11 to the boundary between the inclined surface 12 and the base 13 may be approximately conical, for example, a polygonal pyramid with the tip of the pyramid cut off (a regular hexagonal pyramid in one example). The tip surface 11 may be a surface having a dimension (for example, a diameter) of about 10 μm or more and 1 mm or less, but is not limited to this dimension.

図2は、上述のダイヤモンドアンビル10を1対用いて試料を加圧する場合の説明図である。図2において、側方から見た場合の各ダイヤモンドアンビル10を図示しているが、後述のガスケット14は、ダイヤモンドアンビル10の中心軸Cを含む平面による断面として図示している。 Figure 2 is an explanatory diagram of the case where a pair of the diamond anvils 10 described above are used to pressurize a sample. In Figure 2, each diamond anvil 10 is shown as viewed from the side, and the gasket 14 described below is shown as a cross section taken along a plane including the central axis C of the diamond anvil 10.

図2のように、1対のダイヤモンドアンビル10を、互いの先端面11が対向するように配置し、先端面11同士の間に試料を配置する。この時、試料(図示せず)は、ガスケット14を用いて配置されてよい。ガスケット14は、中央部に貫通穴が形成された板状のシール部材である。この貫通穴に試料を配置した状態で、試料と共にガスケット14を両方の先端面11同士の間に配置する。この状態で、図示しない加圧機構を用いて、各ダイヤモンドアンビル10の底面15に、当該ダイヤモンドアンビル10の先端面11へ向かって荷重を作用させる。これにより、試料を、1対のダイヤモンドアンビル10の先端面11で挟み込んで、当該試料に超高圧(例えば150GPa~200GPa)を作用させる。この時、ガスケット14は、変形してもダイヤモンドアンビル10に密着していることにより、試料が先端面11から外れることを防止する。 As shown in FIG. 2, a pair of diamond anvils 10 are arranged so that their tip surfaces 11 face each other, and a sample is placed between the tip surfaces 11. At this time, the sample (not shown) may be placed using a gasket 14. The gasket 14 is a plate-shaped sealing member with a through hole formed in the center. With the sample placed in this through hole, the gasket 14 is placed between both tip surfaces 11 together with the sample. In this state, a load is applied to the bottom surface 15 of each diamond anvil 10 toward the tip surface 11 of the diamond anvil 10 using a pressure mechanism (not shown). As a result, the sample is sandwiched between the tip surfaces 11 of the pair of diamond anvils 10, and ultra-high pressure (for example, 150 GPa to 200 GPa) is applied to the sample. At this time, the gasket 14 is in close contact with the diamond anvil 10 even when it is deformed, thereby preventing the sample from coming off the tip surface 11.

図2の各ダイヤモンドアンビル10は、天然のダイヤモンドをカットして、カットした当該ダイヤモンドの表面を研磨することにより得られたものである。このようなダイヤモンドアンビル10により、上述した図2のように、試料(例えば、凝固した硫化水素)に超高圧(150GPa~200GPa)の圧力を作用させた状態で、その物性(X線散乱スペクトル等)を測定するために、当該試料にX線を長時間(例えば12時間程度)照射し続けると、X線の影響によりダイヤモンドアンビル10が破損してしまう。 Each diamond anvil 10 in Figure 2 is obtained by cutting a natural diamond and polishing the surface of the cut diamond. When such a diamond anvil 10 is used to apply ultra-high pressure (150 GPa to 200 GPa) to a sample (e.g., solidified hydrogen sulfide) as shown in Figure 2 above, and X-rays are continuously irradiated onto the sample for a long period of time (e.g., about 12 hours) to measure its physical properties (e.g., X-ray scattering spectrum), the diamond anvil 10 will be damaged by the effects of the X-rays.

このように破損したダイヤモンドアンビル10を図3A~図3Dに示す。図3A~図3Dは、それぞれ、ダイヤモンドアンビル10を、その先端面11側から見た実際の画像である。図3A~図3Dのように、ダイヤモンドアンビル10には、多数の割れが発生して破損している。なお、図3A~図3Dでは、ダイヤモンドアンビル10は照明光の影響で不透明に見えている。 A diamond anvil 10 damaged in this manner is shown in Figures 3A to 3D. Each of Figures 3A to 3D is an actual image of the diamond anvil 10 viewed from its tip surface 11. As shown in Figures 3A to 3D, the diamond anvil 10 has numerous cracks and is damaged. Note that in Figures 3A to 3D, the diamond anvil 10 appears opaque due to the influence of the illumination light.

(本発明の実施形態の構成)
このような破損を抑制するための本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル20について説明する。図4Aは、本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル20の構成を示す側面図である。図4Bは、図4Aの4B-4B矢視図である。
(Configuration of the embodiment of the present invention)
The diamond anvil 20 according to the embodiment of the present invention for suppressing such damage will be described. Fig. 4A is a side view showing the configuration of the diamond anvil 20 according to the embodiment of the present invention. Fig. 4B is a view taken along the line 4B-4B of Fig. 4A.

本実施形態によるダイヤモンドアンビル20は、上述したダイヤモンドアンビル10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成したものである。すなわち、試料の加圧に使用されていない上述のダイヤモンドアンビル10をダイヤモンドの本体として、当該本体10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成したものが、本実施形態のダイヤモンドアンビル20である。本実施形態では、CVDダイヤモンド膜21の表面は、研磨されないので、当該表面には研磨跡(後述するナノメートルオーダーの極微小なクラック等)が、例えば、少ないか又はほとんど存在しない。 The diamond anvil 20 according to this embodiment is formed by forming a CVD diamond film 21 on the surface of the diamond anvil 10 described above. In other words, the diamond anvil 20 according to this embodiment is formed by forming a CVD diamond film 21 on the surface of the diamond anvil 10 described above that is not being used to pressurize the sample. In this embodiment, the surface of the CVD diamond film 21 is not polished, so there are few or almost no polishing marks (such as extremely small cracks on the nanometer order, which will be described later) on the surface.

本実施形態によると、本体10の表面において、少なくとも先端面11(試料を配置する箇所に相当する先端面)の全体に、合成(すなわち人工)のダイヤモンド膜としてのCVDダイヤモンド膜21が形成されていてよい。一例では、図3Aのように、本体10の表面において、先端面11と傾斜面12(例えば先端面11と傾斜面12の全体)に、CVDダイヤモンド膜21が形成されていてよい。CVDダイヤモンド膜21の厚みは、例えば10nm以上であり100nm以下(一例では40nm以下)であってよい。この場合、CVDダイヤモンド膜21の厚みの上限は、数百nm程度であってもよい。 According to this embodiment, a CVD diamond film 21 may be formed as a synthetic (i.e., artificial) diamond film on at least the entire tip surface 11 (the tip surface corresponding to the location where the sample is placed) on the surface of the main body 10. In one example, as shown in FIG. 3A, a CVD diamond film 21 may be formed on the tip surface 11 and the inclined surface 12 (e.g., the entire tip surface 11 and the inclined surface 12) on the surface of the main body 10. The thickness of the CVD diamond film 21 may be, for example, 10 nm or more and 100 nm or less (40 nm or less in one example). In this case, the upper limit of the thickness of the CVD diamond film 21 may be about several hundred nm.

CVDダイヤモンド膜21のうち、先端面11上に形成された部分の表面は、ダイヤモンドアンビル20の新たな先端面21aとなる。また、この場合、CVDダイヤモンド膜21のうち、傾斜面12上に形成された部分の表面は、ダイヤモンドアンビル20の新たな傾斜面21bとなる。傾斜面21bは、傾斜面12と同様に、先端面21aからダイヤモンドアンビル20の基底部13まで、ダイヤモンドアンビル20の中心軸Cに対して(例えば45度より大きく)傾斜した方向に中心軸Cから離れていくように延びるとともに、中心軸Cを回る周方向に延びて1周している。なお、ダイヤモンドアンビル20は、上述のダイヤモンドアンビル10と同じ形状を有する。すなわち、ダイヤモンドアンビル20において、先端面21aから傾斜面21bと基底部13との境界までの部分の形状は、略円錐形状であってよく、例えば、多角錐(一例では正十六角錐)の先端部をカットした接頭多角錐の形状であってよい。 The surface of the portion of the CVD diamond film 21 formed on the tip surface 11 becomes the new tip surface 21a of the diamond anvil 20. In this case, the surface of the portion of the CVD diamond film 21 formed on the inclined surface 12 becomes the new inclined surface 21b of the diamond anvil 20. Like the inclined surface 12, the inclined surface 21b extends from the tip surface 21a to the base 13 of the diamond anvil 20 in a direction inclined (for example, greater than 45 degrees) relative to the central axis C of the diamond anvil 20, moving away from the central axis C, and extends in a circumferential direction around the central axis C to complete one revolution. The diamond anvil 20 has the same shape as the diamond anvil 10 described above. That is, in the diamond anvil 20, the shape of the portion from the tip surface 21a to the boundary between the inclined surface 21b and the base 13 may be approximately conical, for example, a prefixed pyramid shape obtained by cutting the tip of a polygonal pyramid (for example, a regular hexagonal pyramid).

また、CVDダイヤモンド膜21の表面(例えば、表面全体)を構成するダイヤモンド結晶が酸素終端されていてよい。すなわち、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶において、炭素原子の各未結合手(ダングリングボンド)に酸素原子が結合されていてよい。 The diamond crystals constituting the surface (e.g., the entire surface) of the CVD diamond film 21 may be oxygen-terminated. That is, in the diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film 21, oxygen atoms may be bonded to each dangling bond of the carbon atom.

或いは、CVDダイヤモンド膜21の表面(例えば、表面全体)を構成するダイヤモンド結晶が水素終端されていてよい。すなわち、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶において、炭素原子の各未結合手に水素原子が結合されていてよい。 Alternatively, the diamond crystals constituting the surface (e.g., the entire surface) of the CVD diamond film 21 may be hydrogen-terminated. That is, in the diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film 21, a hydrogen atom may be bonded to each dangling bond of a carbon atom.

図5Aと図5Bは、CVDダイヤモンド膜21の表面においてダイヤモンド結晶が酸素終端されている結晶構造例の模式図である。図5Aと図5Bにおいて、各白丸は、炭素原子であり、斜線が付された各丸は、酸素原子である。また、図5Aと図5Bにおいて、上側が、CVDダイヤモンド膜21の表面側である。図5Bの場合のように、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶の未結合手に結合された酸素原子により、架橋結合が形成されていてよい。 Figures 5A and 5B are schematic diagrams of crystal structure examples in which diamond crystals are oxygen-terminated on the surface of CVD diamond film 21. In Figures 5A and 5B, each open circle represents a carbon atom, and each shaded circle represents an oxygen atom. In Figures 5A and 5B, the upper side is the surface side of CVD diamond film 21. As in the case of Figure 5B, cross-linking bonds may be formed by oxygen atoms bonded to dangling bonds of diamond crystals that make up the surface of CVD diamond film 21.

図6Aと図6Bは、CVDダイヤモンド膜21の表面においてダイヤモンド結晶が水素終端されている結晶構造例の模式図である。図6Aと図6Bにおいて、大きい方の各白丸は、炭素原子であり、小さい方の各白丸は、水素原子である。また、図6Aと図6Bにおいて、上側が、CVDダイヤモンド膜21の表面側である。 Figures 6A and 6B are schematic diagrams of examples of crystal structures in which diamond crystals are hydrogen-terminated on the surface of the CVD diamond film 21. In Figures 6A and 6B, the larger white circles represent carbon atoms, and the smaller white circles represent hydrogen atoms. In Figures 6A and 6B, the upper side represents the surface side of the CVD diamond film 21.

なお、CVDダイヤモンド膜21の表面において、ダイヤモンド結晶が酸素終端又は水素終端されている具体的な形態は、図5A~図6Bの各例に限定されない。 Note that the specific form in which the diamond crystals on the surface of the CVD diamond film 21 are oxygen-terminated or hydrogen-terminated is not limited to the examples shown in Figures 5A to 6B.

(ダイヤモンドアンビルの製造方法)
図7は、本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル20の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態によるこの製造方法は、ステップS1~S4を有する。
(Manufacturing method of diamond anvils)
7 is a flow chart showing a method for manufacturing the diamond anvil 20 according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method according to this embodiment includes steps S1 to S4.

ステップS1では、ダイヤモンドの本体10を用意する。例えば、ステップS1では、図1に示す上述のダイヤモンドアンビル10をダイヤモンドアンビル本体10として用意する。一例では、ステップS1で用意された本体10は、ダイヤモンド(例えば天然の単結晶ダイヤモンド)を所定の形状(例えば略円錐形状)にカットし、カットされた当該形状のダイヤモンドの表面を研磨して得られたものである。 In step S1, a diamond body 10 is prepared. For example, in step S1, the above-mentioned diamond anvil 10 shown in FIG. 1 is prepared as the diamond anvil body 10. In one example, the body 10 prepared in step S1 is obtained by cutting a diamond (e.g., a natural single crystal diamond) into a predetermined shape (e.g., an approximately conical shape) and polishing the surface of the cut diamond of that shape.

ステップS2では、本体10の表面(例えば先端面11の全体と傾斜面12の全体)に水素プラズマを接触させる。ステップS2は、次のように行われてよい。本体10を真空チャンバーに入れる。次に、真空チャンバーの内部を真空ポンプで吸引することにより、真空チャンバーの内部を真空にする。その後、真空状態の当該チャンバーの内部に水素ガスを導入し、水素プラズマを発生させる。この水素プラズマは、例えば真空チャンバーの内部にマイクロ波を導入することにより発生させられてよい。 In step S2, hydrogen plasma is brought into contact with the surface of the main body 10 (e.g., the entire tip surface 11 and the entire inclined surface 12). Step S2 may be performed as follows. The main body 10 is placed in a vacuum chamber. Next, the inside of the vacuum chamber is evacuated with a vacuum pump to create a vacuum inside the vacuum chamber. Thereafter, hydrogen gas is introduced into the vacuum state of the chamber to generate hydrogen plasma. This hydrogen plasma may be generated, for example, by introducing microwaves into the vacuum chamber.

このように発生した水素プラズマを本体10の表面に接触させることにより(例えば、水素プラズマを本体10の表面に照射することにより)、当該表面のクリーニングを行う。これにより、本体10の表面における不良部分を除去することができる。ここで、不良部分は、例えば、結晶性が悪い部分、水素や酸素が結合している部分、微細な割れ部分などであってよい。なお、ステップS2の処理条件の一例では、上記チャンバー内に導入するマイクロ波のエネルギー(強さ)は750W程度であり、上記チャンバー内に導入する水素ガスの流量と圧力はそれぞれ300sccm程度と35torr程度であり、処理温度(本体10の表面温度)は800℃程度であり、処理時間は5分程度である。ただし、ステップS2の処理条件は、これに限定されない。 The hydrogen plasma thus generated is brought into contact with the surface of the main body 10 (for example, by irradiating the surface of the main body 10 with hydrogen plasma), thereby cleaning the surface. This makes it possible to remove defective parts on the surface of the main body 10. Here, the defective parts may be, for example, parts with poor crystallinity, parts where hydrogen or oxygen is bonded, or fine cracks. In one example of the processing conditions for step S2, the energy (strength) of the microwaves introduced into the chamber is about 750 W, the flow rate and pressure of the hydrogen gas introduced into the chamber are about 300 sccm and about 35 torr, respectively, the processing temperature (surface temperature of the main body 10) is about 800° C., and the processing time is about 5 minutes. However, the processing conditions for step S2 are not limited to these.

ステップS2を終えたら、例えば上述のマイクロ波の強さ(単位面積あたり強さ)を低下させることにより、水素プラズマの発生強度を低下させる。このように水素プラズマの発生強度を低下させた状態を、後述のステップS3が終了するまで維持する。すなわち、ステップS3が終了するまで、真空チャンバー内への水素ガスの導入と、真空チャンバー内へのマイクロ波の導入を継続させて、真空チャンバー内を水素プラズマ雰囲気に維持する。また、真空チャンバー内の減圧による真空状態も、ステップS3が終了するまで維持する。 After step S2 is completed, the hydrogen plasma generation intensity is reduced, for example by reducing the microwave strength (strength per unit area) described above. This state of reduced hydrogen plasma generation intensity is maintained until step S3, described below, is completed. That is, until step S3 is completed, hydrogen gas and microwaves are continued to be introduced into the vacuum chamber, maintaining a hydrogen plasma atmosphere inside the vacuum chamber. The vacuum state created by the reduced pressure inside the vacuum chamber is also maintained until step S3 is completed.

ステップS3では、化学気相成長(CVD: Chemical Vapor Deposition)法により、本体10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成する。本実施形態では、ステップS3では、CVD法により、本体10の表面において少なくとも先端面11の全体を含む領域(例えば先端面11の全体と傾斜面12の全体)に、CVDダイヤモンド膜21を形成する。 In step S3, a CVD diamond film 21 is formed on the surface of the main body 10 by a chemical vapor deposition (CVD) method. In this embodiment, in step S3, a CVD diamond film 21 is formed on the surface of the main body 10 by a CVD method in an area including at least the entire tip surface 11 (e.g., the entire tip surface 11 and the entire inclined surface 12).

ステップS3は、次のように行われてよい。本体10が入れられている上述の真空チャンバー内に、更に炭化水素ガス(例えばメタンガス)を導入する。この炭化水素が、カーボンソースとして機能して、本体10の表面に、ダイヤモンド膜(すなわち上述のCVDダイヤモンド膜21)を成長させていく。このダイヤモンド膜の厚みが十分(例えば10nm~40nm程度)になったら、ステップS3を終了する。例えば、真空チャンバーの内部への炭化水素ガスの導入を停止し、上述の水素プラズマの発生を停止させ、真空チャンバー内の減圧を停止する。なお、ステップS3の処理条件の一例では、上記チャンバー内に導入するマイクロ波のエネルギーは250W程度であり、上記チャンバー内に導入する水素ガスの流量と圧力はそれぞれ300sccm程度と35torr程度であり、上記チャンバー内へのメタンガス(CH)の流量は0.2sccm程度であり、処理温度(本体10の表面温度)は600℃程度であり、処理時間は2時間程度である。ただし、ステップS3の処理条件は、これに限定されない。 Step S3 may be performed as follows. Hydrocarbon gas (e.g., methane gas) is further introduced into the vacuum chamber in which the main body 10 is placed. This hydrocarbon acts as a carbon source to grow a diamond film (i.e., the above-mentioned CVD diamond film 21) on the surface of the main body 10. When the thickness of this diamond film becomes sufficient (e.g., about 10 nm to 40 nm), step S3 is terminated. For example, the introduction of the hydrocarbon gas into the inside of the vacuum chamber is stopped, the generation of the above-mentioned hydrogen plasma is stopped, and the decompression in the vacuum chamber is stopped. In addition, in an example of the processing conditions of step S3, the energy of the microwave introduced into the chamber is about 250 W, the flow rate and pressure of the hydrogen gas introduced into the chamber are about 300 sccm and about 35 torr, respectively, the flow rate of the methane gas (CH 4 ) into the chamber is about 0.2 sccm, the processing temperature (surface temperature of the main body 10) is about 600° C., and the processing time is about 2 hours. However, the processing conditions of step S3 are not limited to this.

ステップS3により形成されたCVDダイヤモンド膜21の表面は、水素プラズマと接していたので、当該表面を構成するダイヤモンド結晶は、水素終端されている。すなわち、CVDダイヤモンド膜21の表面において、例えば図6A又は図6Bのように、炭素原子の各未結合手に水素原子が結合されている。 The surface of the CVD diamond film 21 formed in step S3 was in contact with hydrogen plasma, so the diamond crystals that make up the surface are hydrogen-terminated. That is, on the surface of the CVD diamond film 21, a hydrogen atom is bonded to each dangling bond of the carbon atom, as shown in FIG. 6A or FIG. 6B.

ステップS4では、CVDダイヤモンド膜21の表面の水素終端を炭素終端に変換する酸素終端処理を行う。これにより、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶は、例えば図5A又は図5Bのように、炭素原子の各未結合手に酸素原子が結合された状態となる。 In step S4, an oxygen termination process is performed to convert the hydrogen termination on the surface of the CVD diamond film 21 to a carbon termination. As a result, the diamond crystal that constitutes the surface of the CVD diamond film 21 has an oxygen atom bonded to each dangling bond of the carbon atom, as shown in FIG. 5A or FIG. 5B.

ステップS4では、例えば、本体10と当該本体10の表面に形成されたCVDダイヤモンド膜21とを有するダイヤモンドアンビル20を、上述の真空チャンバーから取り出し、酸素終端処理を行ってよい。酸素終端処理をCVDダイヤモンド膜21に対して行うことにより、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶を、水素終端されている状態から、酸素終端されている状態に変換する。 In step S4, for example, the diamond anvil 20 having the main body 10 and the CVD diamond film 21 formed on the surface of the main body 10 may be removed from the vacuum chamber and subjected to oxygen termination treatment. By performing oxygen termination treatment on the CVD diamond film 21, the diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film 21 are converted from a hydrogen-terminated state to an oxygen-terminated state.

酸素終端処理は、例えば、ダイヤモンドアンビル20を、硫酸と硝酸の混合溶液に入れ、当該混合溶液を加熱する処理であってよい。なお、酸素終端処理の条件の一例では、硫酸に対する硝酸の混合比(硝酸/硫酸)は、1/3程度であり、混合溶液の温度は200℃程度であり、処理時間は30分程度である。ただし、酸素終端処理の条件は、これに限定されない。
また、酸素終端処理は、上記混合溶液を用いた処理に限定されず、他の処理であってもよい。例えば、酸素終端処理は、本体10に形成したCVDダイヤモンド膜21を、高濃度オゾン又は酸素プラズマに晒す処理であってもよい。
The oxygen termination treatment may be, for example, a treatment in which the diamond anvil 20 is placed in a mixed solution of sulfuric acid and nitric acid, and the mixed solution is heated. In one example of the conditions for the oxygen termination treatment, the mixture ratio of nitric acid to sulfuric acid (nitric acid/sulfuric acid) is about 1/3, the temperature of the mixed solution is about 200° C., and the treatment time is about 30 minutes. However, the conditions for the oxygen termination treatment are not limited to these.
In addition, the oxygen termination treatment is not limited to the treatment using the above-mentioned mixed solution, and may be other treatments. For example, the oxygen termination treatment may be a treatment in which the CVD diamond film 21 formed on the body 10 is exposed to high-concentration ozone or oxygen plasma.

(本実施形態の効果)
本実施形態によるダイヤモンドアンビル20の表面において、少なくとも先端面11を含む領域に、CVDダイヤモンド膜21が形成されている。これにより、ダイヤモンドアンビル20を用いて試料に超高圧(例えば150GPa~200GPa)を作用させた状態で、試料およびダイヤモンドアンビル20にX線を長時間照射することでダイヤモンドアンビル20が破損することを抑制できる。
(Effects of this embodiment)
In this embodiment, a CVD diamond film 21 is formed on the surface of the diamond anvil 20 in a region including at least the tip surface 11. This makes it possible to prevent the diamond anvil 20 from being damaged by irradiating the sample and the diamond anvil 20 with X-rays for a long period of time while applying ultra-high pressure (e.g., 150 GPa to 200 GPa) to the sample using the diamond anvil 20.

詳しくは、次の通りである。ダイヤモンドの本体10にCVDダイヤモンド膜21を形成しない場合には、本体10の表面は、機械研磨された状態であるので、当該表面に、ナノメートルオーダーの極微小な(例えば、1nm以上500nm以下程度の)クラックが発生している可能性がある。そこで、本実施形態では、本体10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成している。CVDダイヤモンド膜21の表面のダイヤモンド結晶には、機械研磨による極微小なクラックは発生していないので、当該表面のダイヤモンド結晶は良好な状態になっているといえる。これにより、上述のように、本体10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成したダイヤモンドアンビル20により試料に超高圧を作用させながら、ダイヤモンドアンビル20にX線を長時間照射した場合に、X線の影響でダイヤモンドアンビル20が破損することを抑制できる。 The details are as follows. If the CVD diamond film 21 is not formed on the diamond body 10, the surface of the body 10 is mechanically polished, and therefore there is a possibility that extremely small cracks (for example, about 1 nm to 500 nm) on the order of nanometers may occur on the surface. Therefore, in this embodiment, the CVD diamond film 21 is formed on the surface of the body 10. Since extremely small cracks due to mechanical polishing do not occur in the diamond crystal on the surface of the CVD diamond film 21, it can be said that the diamond crystal on the surface is in good condition. As a result, as described above, when the diamond anvil 20 with the CVD diamond film 21 formed on the surface of the body 10 is irradiated with X-rays for a long time while applying ultra-high pressure to the sample, the diamond anvil 20 can be prevented from being damaged by the influence of X-rays.

また、上述のように、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶は、酸素終端されていてよい。この場合、図5Bのように、当該ダイヤモンド結晶の未結合手に結合された酸素原子により架橋結合が形成され得る。これにより、CVDダイヤモンド膜21の表面におけるダイヤモンド結晶構造が更に安定する。その結果、上述のようなダイヤモンドアンビル20の破損を更に抑制できる。 As described above, the diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film 21 may be oxygen-terminated. In this case, as shown in FIG. 5B, cross-links can be formed by oxygen atoms bonded to the dangling bonds of the diamond crystals. This further stabilizes the diamond crystal structure on the surface of the CVD diamond film 21. As a result, damage to the diamond anvil 20 as described above can be further suppressed.

(実施例)
この実施例では、上述の図7のフローチャートに従って製造した1対のダイヤモンドアンビル20を用意した。これら1対のダイヤモンドアンビル20の各々では、上述のように、その表面(先端面11と傾斜面12)にCVDダイヤモンド膜21が形成されており、当該CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶は、酸素終端されている。
(Example)
In this embodiment, a pair of diamond anvils 20 were prepared, which were manufactured according to the above-mentioned flow chart of Fig. 7. As described above, each of the pair of diamond anvils 20 had a CVD diamond film 21 formed on its surface (tip face 11 and inclined face 12), and the diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film 21 were oxygen-terminated.

また、上述の1対のダイヤモンドアンビル20を用いて、図2のように試料に超高圧を作用させる実験を行った。この実験では、凝固させた硫化水素を試料として、145GPaの超高圧を試料に与えながら、エネルギーが18keVのX線をダイヤモンドアンビル20に36時間以上照射した。 In addition, an experiment was conducted in which ultra-high pressure was applied to a sample using the pair of diamond anvils 20 described above, as shown in Figure 2. In this experiment, solidified hydrogen sulfide was used as the sample, and while applying ultra-high pressure of 145 GPa to the sample, X-rays with an energy of 18 keV were irradiated onto the diamond anvils 20 for more than 36 hours.

このX線照射前とX線照射後のダイヤモンドアンビル20の実際の画像を、それぞれ、図8Aと図8Bに示す。図8Aと図8Bは、ダイヤモンドアンビル20をその裏面15側から先端面21aを観察した画像である。図8Aと図8Bは、ダイヤモンドアンビル20により試料に超高圧を作用させている状態を示す。X線照射後の図8Bに示すように、ダイヤモンドアンビル20は、上述の実験により破損しなかった。 Actual images of the diamond anvil 20 before and after X-ray irradiation are shown in Figures 8A and 8B, respectively. Figures 8A and 8B are images of the tip surface 21a of the diamond anvil 20 observed from the back surface 15 side. Figures 8A and 8B show the state in which ultra-high pressure is applied to the sample by the diamond anvil 20. As shown in Figure 8B after X-ray irradiation, the diamond anvil 20 was not damaged by the above-mentioned experiment.

(比較例)
一方、比較例では、天然のダイヤモンドをカットして研磨することにより得られた1対のダイヤモンドアンビル10を用意した。これら1対のダイヤモンドアンビル10は、上述のステップS1で用意したダイヤモンドの本体10と同じであり、その表面には、CVDダイヤモンド膜21は形成されていない。
(Comparative Example)
On the other hand, in the comparative example, a pair of diamond anvils 10 were prepared by cutting and polishing natural diamond. These pair of diamond anvils 10 were the same as the diamond body 10 prepared in the above-mentioned step S1, and no CVD diamond film 21 was formed on their surfaces.

用意した1対のダイヤモンドアンビル10を用いて、図2のように試料に超高圧を作用させる実験を行った。この実験では、凝固させた硫化水素を試料として、135GPaの超高圧を、試料に与えながら、エネルギーが18keVのX線をダイヤモンドアンビル10に24時間程度照射した。 Using the pair of diamond anvils 10 prepared, an experiment was conducted in which ultra-high pressure was applied to a sample as shown in Figure 2. In this experiment, solidified hydrogen sulfide was used as the sample, and while applying ultra-high pressure of 135 GPa to the sample, X-rays with an energy of 18 keV were irradiated onto the diamond anvils 10 for about 24 hours.

このX線照射前とX線照射後のダイヤモンドアンビル10の実際の画像を、それぞれ、図9Aと図9Bに示す。図9Aと図9Bは、ダイヤモンドアンビル10をその裏面15側から先端面11を観察した画像である。図9Aと図9Bは、ダイヤモンドアンビル20により試料に超高圧を作用させている状態を示す。X線照射後の図9Bに示すように、ダイヤモンドアンビル10は、上述の実験により割れが生じて破損した。この損傷は、ダイヤモンドアンビル10の表面におけるナノクラックに起因すると考えられる。例えば、硫化水素を圧縮すると水素が生じて当該クラックに入り、当該水素がダイヤモンド結晶構造のダングリングボンドと好ましくない結合をし、その結果、結晶が弱くなるとも考えられる。 9A and 9B show actual images of the diamond anvil 10 before and after the X-ray irradiation, respectively. 9A and 9B are images of the tip surface 11 of the diamond anvil 10 observed from the back surface 15 side. 9A and 9B show the state in which ultra-high pressure is applied to the sample by the diamond anvil 20. As shown in FIG. 9B after X-ray irradiation, the diamond anvil 10 was broken due to cracks caused by the above-mentioned experiment. This damage is thought to be caused by nanocracks on the surface of the diamond anvil 10. For example, it is thought that when hydrogen sulfide is compressed, hydrogen is generated and enters the cracks, and the hydrogen bonds unfavorably with the dangling bonds of the diamond crystal structure, resulting in a weakened crystal.

上述の実施例と比較例から分かるように、本体10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成することにより、ダイヤモンドアンビル20の破損を抑制できる。これは、CVDダイヤモンド膜21の表面におけるダイヤモンドには、ナノクラックが存在せず、その結晶性が良好であるためと考えられる。また、CVDダイヤモンド膜21の表面を構成するダイヤモンド結晶が酸素終端されていることにより、その結晶が更に強くなり、ダイヤモンドアンビル20の破損が更に抑制されることを期待できる。 As can be seen from the above examples and comparative examples, by forming a CVD diamond film 21 on the surface of the main body 10, damage to the diamond anvil 20 can be suppressed. This is thought to be because the diamond on the surface of the CVD diamond film 21 does not have nanocracks and has good crystallinity. In addition, because the diamond crystals that make up the surface of the CVD diamond film 21 are oxygen-terminated, the crystals become even stronger, and it is expected that damage to the diamond anvil 20 will be further suppressed.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の実施形態によるダイヤモンドアンビル20は、上述した複数の事項の全て有していなくてもよく、上述した複数の事項のうち一部のみを有していてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical concept of the present invention. For example, the diamond anvil 20 according to the embodiment of the present invention does not have to have all of the above-described features, and may have only some of the above-described features.

また、以下の変更例1~4のいずれかを採用してもよいし、変更例1~4の2つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。 In addition, any of the following modified examples 1 to 4 may be adopted, or any combination of two or more of modified examples 1 to 4 may be adopted. In this case, the points not described below are the same as those described above.

(変更例1)
本発明のダイヤモンドアンビル20は、人工的に製作された合成のダイヤモンドをカットしその表面を研磨することにより得られた本体10の表面に、CVDダイヤモンド膜21を形成したものであってもよい。
(Modification 1)
The diamond anvil 20 of the present invention may be one in which a CVD diamond film 21 is formed on the surface of a body 10 obtained by cutting an artificially produced synthetic diamond and polishing the surface.

(変更例2)
本発明のダイヤモンドアンビル20は、その先端面21aと、他のダイヤモンドとの間に試料を挟み込んで試料を加圧するものであればよい。当該他のダイヤモンドは、ダイヤモンドアンビル20と同じものであってもよいし、異なる形状のダイヤモンド(例えば基板状のダイヤモンド)であってもよい。当該異なる形状のダイヤモンドの表面にもCVDダイヤモンド膜が形成されていてよい。
(Modification 2)
The diamond anvil 20 of the present invention may be any type that pressurizes a sample by sandwiching the sample between its tip surface 21a and another diamond. The other diamond may be the same as the diamond anvil 20, or may be a diamond of a different shape (e.g., a diamond in the form of a substrate). A CVD diamond film may also be formed on the surface of the diamond of a different shape.

(変更例3)
ダイヤモンドアンビル10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成する処理は、上述した例に限定されない。
(Modification 3)
The process for forming the CVD diamond film 21 on the surface of the diamond anvil 10 is not limited to the above-mentioned example.

(変更例4)
CVDダイヤモンド膜21が表面に形成されたダイヤモンドアンビル20と、CVDダイヤモンド膜21が形成されていないダイヤモンドアンビル10とを、その構造に基づいて互いに識別することが困難である。そのため、CVDダイヤモンド膜21が形成されていることを示すための印が、CVDダイヤモンド膜21の表面(傾斜面21b)において、任意の所定形状の局所的な凹部として形成されていてもよい。当該所定形状は、上記印を傷等と識別できるように、人工的に形成されたことが示される整った形状や特徴的な形状(例えばT字形状)であってよい。図10は、図4Bにおいて、上記印22が設けられた場合を示す。
(Modification 4)
It is difficult to distinguish between the diamond anvil 20 on which the CVD diamond film 21 is formed and the diamond anvil 10 on which the CVD diamond film 21 is not formed based on their structures. Therefore, a mark for indicating that the CVD diamond film 21 is formed may be formed as a local recess of any predetermined shape on the surface (inclined surface 21b) of the CVD diamond film 21. The predetermined shape may be a regular shape or a characteristic shape (e.g., a T-shape) that indicates that it is artificially formed so that the mark can be distinguished from scratches, etc. Figure 10 shows the case where the mark 22 is provided in Figure 4B.

印22の上記所定形状は、印22の位置においてCVDダイヤモンド膜21の表面(例えば傾斜面21b)に直交する方向から見た形状(図10では略矩形)を意味する。また、印22の寸法(CVDダイヤモンド膜21の表面に沿った各方向の寸法)は、サブマイクロメートルのオーダ又はマイクロメートルのオーダ(例えば、0.1μm以上10μm以下)であってよいが、これに限定されない。印22としての凹部の深さは、CVDダイヤモンド膜21の上述の厚みと同じである。ここで、深さとは、印22の位置においてCVDダイヤモンド膜21の表面に直交する方向の深さであってよい。 The above-mentioned predetermined shape of the mark 22 means the shape (approximately rectangular in FIG. 10) as seen from a direction perpendicular to the surface (e.g., inclined surface 21b) of the CVD diamond film 21 at the position of the mark 22. The dimensions of the mark 22 (dimensions in each direction along the surface of the CVD diamond film 21) may be on the order of submicrometers or micrometers (e.g., 0.1 μm to 10 μm), but are not limited thereto. The depth of the recess as the mark 22 is the same as the above-mentioned thickness of the CVD diamond film 21. Here, the depth may be the depth in a direction perpendicular to the surface of the CVD diamond film 21 at the position of the mark 22.

印22は、次のように設けることができる。ダイヤモンドアンビル10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成する前に(例えば上述のステップS2の前に)、ダイヤモンドの本体10の表面(例えば傾斜面12)における局所位置(例えば1箇所)に、微小な印22用の金属マスク(金属微小部)を設ける。すなわち、本体10の表面(例えば傾斜面12)における局所位置に金属マスク(金属微小部)を設け、この状態で、本体10の表面にCVDダイヤモンド膜21を形成してよい(例えば上述のステップS2~S4を行ってよい)。CVDダイヤモンド膜21は金属マスク上には成膜されないため、CVDダイヤモンド膜21の形成後に金属マスクを酸溶解することによって、任意の形状の印22を、ダイヤモンドアンビル20の表面(例えば傾斜面21b)に凹部として設けることができる。 The mark 22 can be provided as follows. Before forming the CVD diamond film 21 on the surface of the diamond anvil 10 (for example, before the above-mentioned step S2), a metal mask (metal micro-part) for the micro mark 22 is provided at a local position (for example, one location) on the surface (for example, the inclined surface 12) of the diamond body 10. That is, a metal mask (metal micro-part) is provided at a local position on the surface (for example, the inclined surface 12) of the body 10, and in this state, the CVD diamond film 21 may be formed on the surface of the body 10 (for example, the above-mentioned steps S2 to S4 may be performed). Since the CVD diamond film 21 is not formed on the metal mask, the metal mask is dissolved in acid after the formation of the CVD diamond film 21, so that the mark 22 of any shape can be provided as a recess on the surface (for example, the inclined surface 21b) of the diamond anvil 20.

なお、上記金属マスクは、例えば、リソグラフィーなどを用いて、圧力発生に影響しない傾斜面12に形成してよい。金属マスクは、例えば、面積が1μm程度の矩形であり、厚みが100nm程度である。ここで、矩形とは、金属マスクの位置においてダイヤモンドアンビル20の表面(例えば傾斜面21b)に直交する方向から見た場合の形状であり、厚みとは、当該直交する方向の厚みである。ただし、金属マスクの面積、形状、厚みは、上記の例に限定されない。 The metal mask may be formed on the inclined surface 12 that does not affect the generation of pressure, for example, by using lithography. The metal mask is, for example, a rectangle with an area of about 1 μm2 and a thickness of about 100 nm. Here, the rectangle refers to the shape when viewed from a direction perpendicular to the surface of the diamond anvil 20 (for example, the inclined surface 21b) at the position of the metal mask, and the thickness refers to the thickness in the perpendicular direction. However, the area, shape, and thickness of the metal mask are not limited to the above example.

本変更例4では、印22の存在を確認することにより、当該ダイヤモンドアンビル20は、CVDダイヤモンド膜21が形成されたものであると識別することが可能となる。 In this modification example 4, by confirming the presence of the mark 22, it is possible to identify the diamond anvil 20 as one on which a CVD diamond film 21 has been formed.

10 ダイヤモンドアンビル(本体)
11 先端面(キュレット)
12 傾斜面
13 基底部
14 ガスケット
15 底面
20 ダイヤモンドアンビル
21 CVDダイヤモンド膜
21a 先端面
21b 傾斜面
22 印(凹部)
C 中心軸
10 Diamond anvil (main body)
11 Tip surface (curette)
12 inclined surface 13 base portion 14 gasket 15 bottom surface 20 diamond anvil 21 CVD diamond film 21a tip surface 21b inclined surface 22 mark (recess)
C central axis

Claims (9)

試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルの製造方法であって、
(A)ダイヤモンドの本体を用意し、
(B)化学気相成長法により前記本体の表面にCVDダイヤモンド膜を形成して、前記本体と前記CVDダイヤモンド膜とを有するダイヤモンドアンビルを作製し、
前記(B)の前に、前記本体の前記表面に水素プラズマを接触させる、ダイヤモンドアンビルの製造方法。
A method for manufacturing a diamond anvil for pressing a sample, comprising the steps of:
(A) Prepare a diamond body;
(B) forming a CVD diamond film on the surface of the body by chemical vapor deposition to produce a diamond anvil having the body and the CVD diamond film;
A method for manufacturing a diamond anvil, comprising the steps of: before (B), contacting the surface of the body with hydrogen plasma.
試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルの製造方法であって、
(A)ダイヤモンドの本体を用意し、
(B)化学気相成長法により前記本体の表面にCVDダイヤモンド膜を形成して、前記本体と前記CVDダイヤモンド膜とを有するダイヤモンドアンビルを作製し、
前記(B)の後に、前記CVDダイヤモンド膜の表面を構成するダイヤモンド結晶を酸素終端させる酸素終端処理を行う、ダイヤモンドアンビルの製造方法。
A method for manufacturing a diamond anvil for pressing a sample, comprising the steps of:
(A) Prepare a diamond body;
(B) forming a CVD diamond film on the surface of the body by chemical vapor deposition to produce a diamond anvil having the body and the CVD diamond film;
The method for producing a diamond anvil further comprises, after (B), carrying out an oxygen termination treatment for oxygen-terminating diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film.
前記(B)の前に、前記本体の前記表面に水素プラズマを接触させる、請求項2に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。 The method for manufacturing a diamond anvil according to claim 2, wherein the surface of the body is contacted with hydrogen plasma before (B). 前記(B)の後に、前記CVDダイヤモンド膜の表面を構成するダイヤモンド結晶を酸素終端させる酸素終端処理を行う、請求項1に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。 The method for manufacturing a diamond anvil according to claim 1, further comprising the step of performing oxygen termination treatment to oxygen-terminate the diamond crystals that constitute the surface of the CVD diamond film after step (B). 前記本体は、試料を配置する箇所に相当する先端面を有し、
前記(B)では、前記本体の前記表面において少なくとも前記先端面を含む領域に、前記CVDダイヤモンド膜を形成する、請求項1~4のいずれか一項に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。
The body has a tip surface corresponding to a location where a sample is placed,
5. The method for manufacturing a diamond anvil according to claim 1, wherein in (B), the CVD diamond film is formed on a region of the surface of the body that includes at least the tip face.
前記本体は、ダイヤモンドを所定の形状にカットし、カットされた当該形状のダイヤモンドの表面を研磨して得られたものである、請求項1~5のいずれか一項に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。 The method for manufacturing a diamond anvil according to any one of claims 1 to 5, wherein the main body is obtained by cutting a diamond into a predetermined shape and polishing the surface of the cut diamond of that shape. 前記(B)の前に、前記本体の前記表面における局所位置に金属マスクを設け、
前記金属マスクを前記局所位置に設けた状態で、前記(B)を行い、
前記(B)の後に、前記金属マスクを酸溶解することによって、前記CVDダイヤモンド膜の表面において、所定形状の局所的な凹部としての印を形成する、請求項1~のいずれか一項に記載のダイヤモンドアンビルの製造方法。
Before (B), a metal mask is provided at a localized position on the surface of the body;
(B) is performed while the metal mask is provided at the local position;
7. The method for manufacturing a diamond anvil according to claim 1 , further comprising the steps of: after (B), dissolving the metal mask in an acid to form marks as localized depressions of a predetermined shape on the surface of the CVD diamond film.
請求項1~7のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたダイヤモンドアンビルの使用方法であって、
前記CVDダイヤモンド膜の表面が研磨されていない前記ダイヤモンドアンビルにより加圧した試料に、X線を照射する、ダイヤモンドアンビルの使用方法。
A method for using a diamond anvil manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, comprising the steps of:
A method for using a diamond anvil, comprising the steps of: irradiating a sample, which is pressed by the diamond anvil and has an unpolished surface of the CVD diamond film, with X-rays.
試料を加圧するためのダイヤモンドアンビルであって、
ダイヤモンドの本体と、前記本体の表面に形成されたCVDダイヤモンド膜とを有し、
前記CVDダイヤモンド膜の表面を構成するダイヤモンド結晶は、水素終端が混在することなく、炭素原子の各未結合手に酸素原子が結合されて酸素終端されている、ダイヤモンドアンビル。
A diamond anvil for pressing a sample,
A diamond body and a CVD diamond film formed on a surface of the body,
The diamond crystals constituting the surface of the CVD diamond film are oxygen-terminated with oxygen atoms bonded to each dangling bond of a carbon atom without any hydrogen termination being present.
JP2020204936A 2020-12-10 2020-12-10 Diamond anvil and its manufacturing method and use method Active JP7681850B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020204936A JP7681850B2 (en) 2020-12-10 2020-12-10 Diamond anvil and its manufacturing method and use method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020204936A JP7681850B2 (en) 2020-12-10 2020-12-10 Diamond anvil and its manufacturing method and use method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022092246A JP2022092246A (en) 2022-06-22
JP7681850B2 true JP7681850B2 (en) 2025-05-23

Family

ID=82068242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020204936A Active JP7681850B2 (en) 2020-12-10 2020-12-10 Diamond anvil and its manufacturing method and use method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7681850B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116840200A (en) * 2023-06-02 2023-10-03 中南大学 Device for improving measuring signal of two-dimensional material on diamond anvil cell and application

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009519193A (en) 2005-11-15 2009-05-14 カーネギー インスチチューション オブ ワシントン New diamond applications / uses based on single crystal CVD diamond produced at high growth rates

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009519193A (en) 2005-11-15 2009-05-14 カーネギー インスチチューション オブ ワシントン New diamond applications / uses based on single crystal CVD diamond produced at high growth rates

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chang-Sheng Zha, Szczesny Krasnicki他,Composite chemical vapor deposition diamond anvils for high-pressure/high-temperature experiments,High Pressure Research,米国,Taylor & Francis,2009年,Vol. 29, No. 2,p.317-324, https://doi.org/10.1080/08957950902941048
Thomas S. 他,Homoepitaxial diamond film deposition on a brilliant cut diamond anvil,Applied Physics Letters,米国,AIP Publishing,1995年,Vol.66, No.12,p.1486-1488,https://doi.org/10.1063/1.113663

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022092246A (en) 2022-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2304787B1 (en) Nitrogen-plasma surface treatment in a direct bonding method
JP6373354B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor on insulator wafer for reducing write point defects and surface roughness
KR100741541B1 (en) Manufacturing method of bonded wafer and bonded wafer
CN105474354A (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
US20130334170A1 (en) Techniques for producing thin films of single crystal diamond
JP7681850B2 (en) Diamond anvil and its manufacturing method and use method
CN105190835B (en) The manufacturing method and electric hybrid board of electric hybrid board
EP1189285A1 (en) Production method for bonding wafer and bonding wafer produced by this method
KR20100033414A (en) Bonded wafer manufacturing method
DE102011012835A1 (en) Method for joining substrates
FR2827423A1 (en) METHOD FOR IMPROVING SURFACE CONDITION
JP4636110B2 (en) Manufacturing method of SOI substrate
WO2009110174A1 (en) Method for manufacturing bonded wafer
TWI629715B (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, method for manufacturing semiconductor base, silicon carbide semiconductor device, and device for manufacturing silicon carbide semiconductor device
FR2839199A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING SUBSTRATES WITH DETACHMENT OF A TEMPORARY SUPPORT, AND ASSOCIATED SUBSTRATE
US20180033609A1 (en) Removal of non-cleaved/non-transferred material from donor substrate
KR20110091521A (en) Manufacturing method of bonded wafer
CN100428403C (en) Optimizing Method of Experimental Parameters in the Process of Wafer Direct Bonding
JPH08264740A (en) Coupled wafer and production thereof
Amy et al. Passivation and characterization of germanium surfaces
KR102843010B1 (en) Method for bonding two semiconductor substrates
JP5565768B2 (en) Substrate processing method and semiconductor device manufacturing method
Veerappan et al. Fabrication of high quality, thin Ge-on-insulator layers by direct wafer-bonding for nanostructured thermoelectric devices
JP2021082828A (en) Method for reducing metallic contamination on surface of substrate
US10134602B2 (en) Process for smoothing the surface of a structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231130

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240628

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250415

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250428

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7681850

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150