[發明專利]超韌單晶摻硼金剛石

有效

• 申請號: 200980125978.8
• 申請日: 2009-05-05
• 公開（公告）號: CN102084492A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 梁琦;嚴智秀;毛和光;羅素·赫姆利
• 申請（專利權）人: 華盛頓卡耐基研究所
• 主分類號: H01L31/0312
• 分類號: H01L31/0312
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

1.通過微波等離子體化學氣相沉積生長的單晶摻硼金剛石，其具有至少約22MPam^1/2的韌度。

2.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中所述韌度在約22MPa?m^1/2和約35MPam^1/2之間。

3.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中所述硬度大于約60GPa。

4.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中所述硬度在約60GPa和約85GPa之間。

5.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中根據金剛石顏色等級標準，所述單晶摻硼金剛石的顏色等級在D-Z的范圍內。

6.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中I_NV@575nm/I_D@551nm比在0和100/1之間。

7.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中所述金剛石在金剛石結構中基本上不含硅。

8.根據權利要求1所述的單晶摻硼金剛石，其中硼濃度在0和100ppm之間。

9.生長具有高韌度的單晶摻硼金剛石的方法，其包括：

i)將金剛石晶種置于吸熱支持物中，所述吸熱支持物由具有高熔點和高熱導率的材料制成，以最小化跨過所述金剛石的生長面的溫度梯度；

ii)控制所述金剛石的生長面的溫度，以便所述生長的金剛石晶體的溫度在約900-1500攝氏度的范圍內；和

iii)在沉積室內通過微波等離子體化學氣相沉積在所述金剛石的生長面上生長單晶金剛石，所述沉積室包括5-20％CH₄/H₂、5-20％O₂/CH₄、0-20％N₂/CH₄和硼源。

10.根據權利要求9所述的方法，其中所述沉積室內的壓力為約100-400Torr。

11.根據權利要求9所述的方法，其中所述硼源是二硼烷、六方氮化硼粉末、硼酸三甲酯氣體、氣化B₂O₃、或者它們的混合物。

12.根據權利要求9所述的方法，其中所述金剛石的生長速率為約20-100μm/h。

13.根據權利要求9所述的方法，其進一步包括退火所述單晶金剛石以提高其韌度。

14.根據權利要求9所述的方法，其中所述吸熱支持物由鉬制成。

15.通過微波等離子體化學氣相沉積生長的單晶摻硼金剛石，所述單晶摻硼金剛石具有至少約22MPa?m^1/2的韌度并且通過以下方法生長：

i)將金剛石晶種置于吸熱支持物中，所述吸熱支持物由具有高熔點和高熱導率的材料制成，以最小化跨過所述金剛石的生長面的溫度梯度；

ii)控制所述金剛石的生長面的溫度，以便使生長的金剛石晶體的溫度在約900-1500攝氏度的范圍內；和

iii)在沉積室內通過微波等離子體化學氣相沉積在所述金剛石的生長面上生長單晶金剛石，所述沉積室包括5-20％CH₄/H₂、5-20％O₂/CH₄、0-20％N₂/CH₄和硼源。

16.根據權利要求9所述的方法，其中所述O₂源是一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣或者它們的混合物。

17.根據權利要求9所述的方法，其中所述單晶金剛石晶種的取向是偏離{100}面0-15度。