日本공업대학 기계공학과 첨단재료연구센터의 竹內貞雄 조교수, 筑波대학 첨단학제영역연구센터, 물질, 재료연구기구의 연구팀은 산소-아세틸렌의 불꽃을 사용하여 고속으로 간단히 고품질의 다이아몬드 막을 합성하는 기술을 개발했다. 개발한 방법은 밀폐된 용기 내에서 산소 아세틸렌 불꽃을 다이아몬드 기판 표면에 뿜어서 완성도 높은 다이아몬드 박막을 합성하는 ‘챔버플레임법’ 대기 속에서는 중심부는 양호한 막이 생기지만, 불꽃에 공기의 영향이 나타나는 주변부의 품질은 안정적이지 못했다. 외기를 차단한 챔버 내에서 다이아몬드 기판 표면에 산소 아세틸렌 불꽃을 뿜으면 고온의 반응으로 아세틸렌에서 일산화탄소와 수소가 생겨 환원 분위기에서 챔버 안이 채워진다. 다이아몬드 박막의 불순물로 영향이 큰 질소 등의 침입을 막고, 또한 고온 속에서 일산화탄소가 수소에 의해 환원되어 다이아몬드의 단결정 박막이 성장한다고 한다. 이 방법은 성장속도가 빨라, 종래 방법으로는 1시간에 10분의 수㎛의 두께밖에 만들지 못했으나, 이번에는 20㎛ 이상의 스피드로 합성할 수 있고, 장치 원가도 싸기 때문에 전체적인 제조 원가도 대폭 저감할 수 있다고 한다. 합성한 다이아몬드 박막을 분석한 결과, 천연 다이아몬드의 품질 등급에서 최고급 수준인 2A보다 성상(性狀)이 좋고, 불순물인 질소농도가 수 ppm 미만이며 또한 결정결함은 2A에 비해 수 백 분의 1보다 적은 수준이었다고 한다. 반도체에 사용하는 다이아몬드 박막은 평활성이 요구되기 때문에 같은 챔버에서 산소 아세틸렌 불꽃을 사용, 기계가공으로 된 수 ㎚의 요철을 아세틸렌의 비율을 과잉되게 한 불꽃으로 다시 평평하게 하는 기술도 개발했다. (CJ)