化学気相成長法（CVD）は、多様な構造と特性を持つ高品質のダイヤモンドやカーボンナノフィルムを合成する汎用性の高い技術である。この方法は、膜の形態、結晶化度、膜厚を精密に制御できるため、工業用コーティングから先端エレクトロニクスまで幅広い用途に適している。主な製品には、単結晶および多結晶ダイヤモンド膜のほか、グラフェンやカーボンナノチューブなどのナノ構造炭素材料があり、それぞれ独自の機械的、熱的、電気的特性を備えている。
キーポイントの説明
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単結晶ダイヤモンド膜
- イリジウムやシリコンなどの基板上にヘテロエピタキシャル成長で製造
- 卓越した硬度（100GPa以上）と熱伝導率（2000W/m・K）を示す
- ハイパワーエレクトロニクスや量子センシングデバイスに使用される
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多結晶ダイヤモンド膜
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自己支持性厚膜
(100μm以上）：
- 切削工具および光学窓用の基板なしで成長
- 等方的な機械的特性を示す
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薄膜
(50μm以下）：
- 耐摩耗性コーティング用として様々な基材に蒸着
- 導電性に影響する粒界を含む
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自己支持性厚膜
(100μm以上）：
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カーボンナノフィルム
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グラフェン:
- 高い電子移動度を持つ単原子厚膜
- 銅箔上のメタン分解により成長
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カーボンナノチューブ:
- 金属/半導体特性を有する管状構造体
- 触媒ナノ粒子を用いて合成される
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フラーレン:
- ケージ状分子（例：C60）を低温で蒸着したもの
- 有機太陽電池に使用
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グラフェン:
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ダイヤモンドライクカーボン（DLC）
- sp³/sp²ハイブリッドカーボンのアモルファスフィルム
- ダイヤモンドの硬度とグラファイトの潤滑性を併せ持つ
- バイオメディカルインプラントや自動車部品に応用
CVDプロセスのパラメータ（温度、圧力、ガス組成）は、膜の特性を決定的に左右する。最近の進歩により、ダイヤモンド-グラフェン複合体のようなハイブリッド構造も可能になり、多機能用途への応用が期待されている。
総括表
| フィルムタイプ | 主な特性 | 主な用途 |
|---|---|---|
| 単結晶ダイヤモンド | >100GPa以上の硬度、2000W/m・Kの熱伝導率 | ハイパワーエレクトロニクス、量子センサー |
| 多結晶ダイヤモンド | 等方性機械的強度、耐摩耗性 | 切削工具、光学窓、コーティング |
| グラフェン | 高い電子移動度、柔軟性 | フレキシブル・エレクトロニクス、エネルギー貯蔵 |
| カーボンナノチューブ | 金属・半導体、高張力 | ナノエレクトロニクス、複合材料 |
| ダイヤモンドライクカーボン | 硬度＋潤滑性（sp³/sp²ハイブリッド） | バイオメディカルインプラント、自動車用コーティング |
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