[發(fā)明專利]金剛石材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980123816.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102076891A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·A·斯卡司布魯克;D·J·特維切;M·L·馬克漢姆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 六號(hào)元素有限公司
• 主分類號(hào): C30B23/00
• 分類號(hào): C30B23/00;C30B23/02;C30B25/02;C30B25/10;C30B29/04;C30B23/06
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

1.一種制備具有高的化學(xué)純度和高的同位素純度的金剛石材料的方法，該方法包括：

提供具有基本無(wú)晶體缺陷的表面的金剛石基材；

提供包含高純氣體的源氣體混合物，其中該源氣體混合物中的氮濃度為約300ppb以下；

提供固體碳源，該固體碳源包含該源中總C含量的至少約99％的量的¹²C，其中該固體碳源具有低的氮雜質(zhì)含量；

活化和/或解離至少部分的源氣體混合物和固體碳源以形成氣態(tài)碳物質(zhì)；和

允許在所述基材表面上進(jìn)行同質(zhì)外延金剛石生長(zhǎng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述固體碳源是金剛石。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中所述固體碳源提供了約80％以上的氣態(tài)碳物質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述固體碳源提供了基本上約100％的氣態(tài)碳物質(zhì)。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中以下條件中的至少一種得到滿足：

(i)基材的溫度為約800℃-約1000℃；和

(II)將氧以總源氣體混合物的約0.5體積％-約5體積％的量加入到該源氣體中，所述量按O₂當(dāng)量測(cè)得。

6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中條件(i)得到滿足。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的方法，其中條件(ii)得到滿足。

8.一種制備具有高的化學(xué)純度和高的同位素純度的金剛石材料的方法，該方法包括：

提供具有基本無(wú)晶體缺陷的表面的金剛石基材；

提供包含高純氣體和碳源氣體的源氣體混合物，其中所述高純氣體對(duì)該源氣體混合物中總氮水平貢獻(xiàn)了約300ppb以下，所述碳源氣體包含該碳源氣體中總C含量的至少約99％的量的¹²C并含有約20ppm以下量的氮雜質(zhì)；

將該源氣體解離；和

允許在所述表面上進(jìn)行同質(zhì)外延金剛石生長(zhǎng)，其中以下條件中的至少一種得到滿足：

(a)基材的溫度為約800℃-約1000℃；和

(b)將氧以總源氣體混合物的約0.5體積％-約5體積％的量加入到該源氣體中，所述量按O₂當(dāng)量測(cè)得。

9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中條件(a)得到滿足。

10.根據(jù)權(quán)利要求8和權(quán)利要求9的方法，其中條件(b)得到滿足。

11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)的方法，其中所述碳源氣體包含約5ppm以下的量的氮雜質(zhì)。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中所述基材表面基本上是{100}、{110}或{111}表面。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，該方法包括加工金剛石材料的表面以形成基本無(wú)晶體缺陷的表面的其它步驟。

14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中加工所述金剛石材料的表面以形成具有約50nm以下的粗糙度R_q的表面。

15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的方法，其中通過(guò)機(jī)械拋光加工所述表面。

16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)蝕刻加工所述表面。

17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述蝕刻為Ar/Cl₂蝕刻。

18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，包括在主體材料的加工表面上方生長(zhǎng)主體材料的其它層，其中所述其它層具有約100μm以下的厚度。

19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中在金剛石材料中形成至少一個(gè)分離的NV中心。

20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述NV中心通過(guò)氮離子注入、氮原子注入或含氮離子注入而形成。

21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中使所述NV中心生長(zhǎng)入金剛石材料中。

22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，該方法包括在約600-約900℃溫度下退火約0.1-約16小時(shí)時(shí)間段的其它步驟。