DE112011102010B4 - Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, mit dem Verfahren hergestellte Diamanten und deren Verwendung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, mit dem Verfahren hergestellte Diamanten und deren Verwendung Download PDF

Info

Publication number
DE112011102010B4
DE112011102010B4 DE112011102010.4T DE112011102010T DE112011102010B4 DE 112011102010 B4 DE112011102010 B4 DE 112011102010B4 DE 112011102010 T DE112011102010 T DE 112011102010T DE 112011102010 B4 DE112011102010 B4 DE 112011102010B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
diamond
crystal
substrate
axis
layer
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE112011102010.4T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112011102010A5 (de
Inventor
Matthias Schreck
Stefan Gsell
Martin Fischer
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.)
Augsburg Diamond Technology De GmbH
Original Assignee
Augsburg Diamond Tech GmbH
Augsburg Diamond Technology GmbH
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 Augsburg Diamond Tech GmbH, Augsburg Diamond Technology GmbH filed Critical Augsburg Diamond Tech GmbH
Publication of DE112011102010A5 publication Critical patent/DE112011102010A5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112011102010B4 publication Critical patent/DE112011102010B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C23C16/0281—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating of metallic sub-layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/277—Diamond only using other elements in the gas phase besides carbon and hydrogen; using other elements besides carbon, hydrogen and oxygen in case of use of combustion torches; using other elements besides carbon, hydrogen and inert gas in case of use of plasma jets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/279—Diamond only control of diamond crystallography
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/04—Pattern deposit, e.g. by using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/04—Pattern deposit, e.g. by using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/183—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being provided with a buffer layer, e.g. a lattice matching layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/04—Diamond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02376—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02444—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02447—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02491—Conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02516—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02647—Lateral overgrowth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, wobei zunächst in einem ersten Wachstumsschritt auf eine Wachstumsoberfläche eines (001)-off-axis- oder eines (111)-off-axis Heterosubstrates Diamant so aufgewachsen wird, dass eine polare und/oder azimutale Texturbreite einer durch das Aufwachsen entstehenden Diamantschicht mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt und dann in einem zweiten Wachstumsschritt Diamant so aufgewachsen wird, dass die Texturbreite der Diamantschicht mit weiter zunehmendem Abstand vom Substrat konstant bleibt, wobei (001) bzw. (111)-Netzebenen des Substrates gegenüber der Wachstumsoberfläche um einen Winkel ≥ 2° und ≤ 15° geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Iridiumschicht mit (001)-off-axis- oder (111)-off-axis-Orientierung, angeordnet auf einer Off-axis-Pufferschicht angeordnet auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat, aufweist oder daraus besteht, wobei die (001)- Kristallebenen bzw. die (111)-Kristallebenen des Iridium um den Winkel geneigt sind und wobei die Pufferschicht Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) ist oder aufweist, und wobei die Texturbreite des abgeschiedenen Diamants über eine Stickstoffkonzentration in einem zur Abscheidung in einer chemischen Dampfabscheidung, CVD, verwendeten Gas eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten und nach dem Verfahren hergestellte Diamanten, wobei die Diamantschichten off-axis aufgewachsen werden. Durch geeignete Wahl eines Substrates des Aufwachsens und/oder geeignete Prozessführung können Diamantschichten mit definierten Texturbreiten und hoher Bruchfestigkeit hergestellt werden. Derartige Diamantschichten sind besonders vorteilhaft als Neutronenmonochromatoren sowie für mechanische, optische und elektrische Bauteile einsetzbar. Darüber hinaus sind sie auch als Wachstumssubstrate für epitaktische Funktionsschichten wie z.B. Nitride (u.a. AlN, GaN, c-BN) einsetzbar.
  • Beim Wachstum von Diamanteinkristallen ist es in der Regel das Ziel, Einkristalle mit höchster struktureller Qualität und einem Minimum an chemischen Verunreinigungen oder Defekten herzustellen. Dabei wird eine minimale Dichte an Strukturdefekten wie Versetzungen und Stapelfehlern angestrebt.
  • Heteroepitaktische Diamantschichten können beispielsweise in einer Vorrichtung und einem Verfahren hergestellt werden, wie sie in DE 10 2007 028 293 B4 beschrieben sind. Hierbei wird auf Iridiumschichtwafern zunächst eine hohe Dichte orientierter Diamantkristalle aufgebracht. Diese zunächst individuellen Diamantkristalle mit einer anfänglichen Texturbreite von ca. 1° verbinden sich in einem nachfolgenden Wachstumsprozess und verlieren dabei ihren individuellen Charakter. Die Dichte an Versetzungen ist dabei relativ hoch (z. B. 109 cm-2), und die Texturbreite reduziert sich mit zunehmender Schichtdicke (z. B. 0,16° polar und 0,34° azimutal). Ein Wachstum der eigentlichen Schicht ist insbesondere mittels mikrowellenunterstützter CVD möglich.
  • Im Dokument DE 103 20 133 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Diamantschichten mit geringer Fehlorientierung durch Abscheidung von Diamant auf einem Schichtsystem beschrieben.
  • In der Veröffentlichung „Nitrogen stabilized (100) texture in chemical vapor deposited diamond films‟, Appl. Phys. Lett. 65, 34 (1994), wird der Einfluss von Stickstoffverunreinigungen in CH4/H2 Gasgemischen auf die Struktur und Morphologie von polykristallinen Diamantfilmen, welche durch Mikrowellenplasma assistierte chemische Gasphasenabscheidung hergestellt wurden, untersucht.
  • In der Veröffentlichung „Growth of [100] textured diamond films by the addition of nitrogen‟, G.Z. Cao et al., J. Appl. Phys. 79(3), Seite 1357-64 wird beschrieben, dass die Natur des Substrats, welches für das Wachstum lokalisierter {100} fasertexturierter Diamantfilme durch Addition von 20-200 ppm Stickstoff in der Gasphase während chemischer Gasphasenabscheidung verwendet wurde, keinen nennenswerten Einfluss auf die {100} Textur hat.
  • In der Veröffentlichung „A mechanism for crystal twinning in the growth of diamond by chemical vapour deposition‟, J.E. Butler et al., Phil. Trans. R. Soc. A 2008(366), Seite 295-311, wird ein Modell für die Bildung von Kristallzwillingen in durch chemische Gasphasenabscheidung hergestellten Diamantmaterialien beschrieben. Der Zwillingsbildungsmechanismus rührt von der Bildung eines wasserstoffterminierten vier Kohlenstoffatomclusters auf einer lokalen {100} Oberflächenmorphologie.
  • In der Veröffentlichung „Epitaxial lateral overgrowth (ELO) of homoepitaxial diamon through an iridium mesh‟, T.Bauer et al., Diamond & Related Materials 16(2007) 711-7, werden Iridiumlagen, welche ein Netz auf Diamant bilden, hinsichtlich ihrer Eignung als potentielle Kandidaten für vergrabene Elektroden oder als Stopplagen in einem ELO- Verfahren für heteroepitaktischen Diamanten, untersucht.
  • In der Veröffentlichung „Diamond mosaic crystals for neutron instrumentation: First experimental results‟, A.K. Freund et al. Nucl. Instr. and Meth. A (2010), doi:10.16/j.nima.2010.05.043, werden Diamantkristalle mit einer durchschnittlichen Mosaikspreizung von 0.2° mittels Röntgen- und Gammastrahlung untersucht und Ergebnisse hinsichtlich ihrer Neutronenreflektivitätseigenschaften präsentiert.
  • „Crystal tilting of diamond heteroepitaxially grown on vicinal Ir/SrTiO3(001)‟, S. Gsell et al, J. Appl. Phys. 96(3), S. 1413-7, "Heteroepitaxial diamond on Ir/YSZ/Si(001): general developments and specific aspects for detector apllications", M. Schreck et al., 1st CARAT Workshop @ GSI Darmstadt 2009, 13-15 December 2009 und "Mikrowellenplasma-Simulation, Abscheidung und Charakterisierung von polykristallinen, dotierten und undotierten Diamantschichten", E. Pleuer, Inaugural-Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2003, Auszug: Seiten 1-10 befassen sich ebenfalls mit der Herstellung von Diamantschichten.
  • Im Rahmen dieser Erfindung wird der Begriff der Texturbreite verwendet. Dieser kann wie folgt verstanden werden. Bei einem perfekten Einkristall haben die Netzebenen (hkl) an allen Punkten im Kristall dieselbe Orientierung im Raum, d.h. die Netzebenen (hkl) an zwei verschiedenen Orten im Kristall sind immer parallel zueinander. In einem realen Kristall mit strukturellen Defekten wie Versetzungen ist diese Parallelität nicht mehr gegeben. Liegt ein Mosaikkristall vor, so besteht der Kristall aus einzelnen Mosaikblöcken, die durch Kleinwinkelkorngrenzen voneinander getrennt und geringfügig gegeneinander verkippt und/oder verdreht sind. Die Erfindung bezieht sich auf Proben, in denen eine dieser beiden Situationen oder eine Mischung aus beiden vorliegt.
  • Die Orientierungsverteilung der Netzebenen kann als Mosaikbreite oder Texturbreite bezeichnet werden. Hier soll der Begriff Texturbreite verwendet werden, der auch für den Fall eines Einkristalls gelten soll, bei dem die Orientierungsverteilung der Netzebenen z.B. nur durch Vorhandensein von Versetzungen verbreitert ist.
  • Die Texturbreite kann mittels Röntgenbeugung gemessen werden. Für die hier beschriebenen Proben kann z.B. die monochromatisierte Kα1-Linie einer Kupferröhre bei einer Wellenlänge A von 0,15406 nm verwendet werden . Die Monochromatisierung kann z.B. mit einem Germanium-Kristallmonochromator mit 4-fach-Reflektion (Bartels-Monochromator) unter Verwendung der Ge(220) oder wahlweise der Ge(440) Bragg-Reflektionen erfolgen. Bei dieser Parallelstrahl-Streugeometrie kann dann beispielsweise sekundärseitig ein Germanium-Analysatorkristall mit 2-fach-Reflektion eingesetzt werden.
  • Beim Probenwachstum legt normalerweise die Wachstumsoberfläche eine Vorzugsrichtung fest, bezüglich der zwischen polarer und azimutaler Texturbreite unterschieden wird. Bei beiden kann für eine Messung zunächst eine Netzebenenschar (hkl) ausgewählt werden und der Detektor so eingestellt werden, dass er im Rahmen seines Akzeptanzwinkels nur Strahlung erfasst, die um den doppelten Braggwinkel 2Θhkl gebeugt wurde. Bei der Messung der polaren Texturbreite mit Hilfe einer Rockingkurve wird vorteilhafterweise eine niedrigindizierte Netzebenenschar mit intensivem Bragg-Reflex gewählt, die parallel zur Wachstumsoberfläche liegt oder bei off-axis-Substraten nur einen Winkel von wenigen Grad mit der Wachstumsoberfläche einnimmt. Anschließend wird dann vorteilhafterweise die Probenorientierung gesucht, bei der das Maximum der Intensität für diese Netzebenenschar auftritt. Für die Durchführung der Rockingkurvenmessung kann die Probe in kleinen Winkelschritten um eine Achse (Rockingachse) gedreht werden und die Intensität der reflektierten Röntgenstrahlen aufgezeichnet werden. Die Rockingachse ergibt sich dabei aus dem Schnitt der Wachstumsoberfläche mit der Ebene, für die das Intensitätsmaximum gefunden wurde. Die Probe ist vorteilhafterweise außerdem so zu orientieren, dass die Rockingachse senkrecht auf einfallender und gebeugter Röntgenstrahlung steht. Die Halbwertsbreite dieser Kurve wird hier als polare Texturbreite bezeichnet.
  • Die azimutale Texturbreite betrifft die Verdrehung der Netzebenen um eine Drehachse senkrecht zur Wachstumsoberfläche. Für die Messung wird dabei am günstigsten eine senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Wachstumsoberfläche stehende Netzebenenschar ausgewählt. Die Netzebenenschar wird dann vorzugsweise so zur Reflektion der Röntgenstrahlung in den Detektor gebracht, dass die Winkel zwischen einfallender Röntgenstrahlung und der Oberflächennormalen sowie gebeugter Röntgenstrahlung und der Oberflächennormalen gleichzeitig möglichst groß sind. Im idealen Fall bei on-axis-Proben und Wahl einer ideal senkrecht zur Wachstumsoberfläche stehenden Netzebene sind beide Winkel 90°. Bei der Rotation um die Oberflächennormale kann die reflektierte Intensität als Funktion des Winkels aufgenommen werden. Für eine senkrecht stehende Netzebene entspricht die Halbwertsbreite dieser Kurve (bei Vernachlässigung der instrumentellen Verbreitung) direkt der azimutalen Texturbreite. Für stark geneigte Netzebenen (>>10°) kann vorzugsweise eine Korrektur der absoluten Zahlenwerte, wie z.B. in Thürer et al., Phys. Rev. B 57 (1998) 15 454, beschrieben, vorgenommen werden.
  • Wird bei einer solchen Probe nur von Texturbreite gesprochen, so handelt es sich um die polare und/oder azimutale Texturbreite.
  • Ist bei einer Probe die Wachstumsoberfläche nicht bekannt, so ist unter Texturbreite die maximale Rockingkurvenbreite zu verstehen, die für irgendeine Netzebenenschar der Probe gemessen wird.
  • Es hat sich herausgestellt, dass, insbesondere auf (001)-orientiertem Silizium oder Iridium, eine Reduzierung der Texturbreite mit zunehmender Schichtdicke stattfindet, insbesondere dann, wenn der Aufwachsprozess so durchgeführt wird, dass ein Wachstum des Diamants entlang der kristallographischen [100]-Richtung bevorzugt ist (M. Schreck, A. Schury, F. Hörmann, H. Roll, und B. Stritzker: J. Appl. Phys. 91 (2002) 676). Es wurde hierbei insbesondere beobachtet, dass im Falle von Silizium nur die Texturbreite der polaren Orientierungsverteilung reduziert wurde, während bei Iridium die polare und azimutale Orientierungsverteilung reduziert wurde. Die Einstellung der definierten Mosaikbreiten ist nach dem Stand der Technik nicht gezielt kontrollierbar. Dies gilt insbesondere für homogene Mosaikbreiten über dicke Schichten von mehr als hundert Mikrometern.
  • Diamantkristalle mit einer einstellbaren Texturbreite bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere wenn sie großflächig herstellbar sind. So können Kristalle mit geringer Texturbreite und niedriger Versetzungsdichte z. B. für elektronische Bauelemente verwendet werden. Bei geringen Texturbreiten können die Kristalle auch als Monochromatoren für Röntgenstrahlung, insbesondere in Synchrotron-Strahlungsquellen, eingesetzt werden. Es würde sich darüber hinaus auch die Möglichkeit eröffnen, mechanische Bauteile wie Schneidkanten, Abrichtwerkzeuge, Ziehsteine, Schneidkanten für eine Präzisionsbearbeitung, medizinische Skalpelle und Ähnliches mit epitaktischen Kristallen, insbesondere aus CVD-Synthese, herzustellen. Gegenüber polykristallinen Diamanten hätte dies den Vorteil einer homogenen Kristallstruktur mit homogenem Verschleiß, was z. B. eine Endbearbeitung von Bauteilen mit optischer Qualität der Oberflächen ermöglichen würde. Insbesondere im Bereich von polaren Texturbreiten zwischen 0,2° und 0,8° sind Diamantkristalle auch besonders vorteilhaft für eine Monochromatisierung von Neutronenstrahlen, insbesondere mit Wellenlängen von 0,05 bis 0,3 nm. Dabei können die für die Neutronenmonochromatoren gewünschten Mosaikbreiten auch durch Stapeln von winkelmäßig leicht verkippten Kristallen kleinerer Mosaikbreite erzielt werden. Konkret könnte man z.B. eine Mosaikbreite von 0,3° durch Übereinanderstapeln von mehreren Mosaikkristallen mit Einzelrockingkurvenbreiten von z.B. 0,15°, die um ca. 0,1° gegeneinander verkippt sind, realisieren.
    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit welchem Diamantkristalle mit definierter Texturbreite auf großen Flächen, vorzugsweise größer als 1 cm2, und mit großen Dicken, vorzugsweise größer als 10 um, erzeugbar sind.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1, das Verfahren nach Anspruch 2, die Diamantkristalle nach den Ansprüchen 12 bis 14 und 19, die Verwendung als Neutronenmonochromator nach Anspruch 21 und die Verwendung nach Anspruch 22. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Diamantkristalle an.
  • Erfindungsgemäß wird Diamant auf eine Oberfläche eines Substrates abgeschieden, wobei das Substrat off-axis orientiert ist.
  • Unter einem (hkl) off-axis Substrat, wobei h, k und 1 die sogenannten Millerschen Indizes sind, wird in dieser Anmeldung ein Substrat verstanden, dessen Kristallgitterebenen (hkl), um einen Winkel größer als Null, dem sogenannten Off-Axis-Winkel, gegenüber der Wachstumsoberfläche geneigt sind. Im Falle eines Off-axis-Substrates sind also jene Kristallgitterebenen, welche bei herkömmlicher Epitaxie parallel zur Oberfläche, auf welche der Diamant abgeschieden wird, verliefen, gegenüber der Oberfläche um den Winkel geneigt. Im Off-axis-Fall verlaufen die entsprechenden Gitterebenen daher nicht exakt parallel zur Oberfläche, auf welche aufgewachsen wird, sondern nur „im Wesentlichen parallel“ zu dieser Oberfläche, nämlich um den Winkel geneigt.
  • Erfindungsgemäß wird der Diamant gegebenenfalls nach Keimbildung/Nukleation heteroepitaktisch abgeschieden, was zum einen bedeutet, dass die Herstellung des Diamantkristalls epitaktisch erfolgt, und zum anderen, dass ein Material des Substrates nicht aus Diamant besteht.
  • Besonders bevorzugt ist ein Substrat, welches Iridium mit einer (001) off-axis oder einer (111) off-axis Orientierung auf einer, vorzugsweise oxidischen Pufferschicht, bevorzugt Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ), auf einem Silizium-Einkristall aufweist, also z.B. Ir/YSZ/Si (001) oder Ir/YSZ/Si (111). Ein solches Substrat weist eine sehr gute thermische Anpassung an Diamant auf. Die Iridiumschicht ist bei einem solchen Substratschichtsystem besonders gut orientiert und ist insbesondere besser orientiert als die oxidische Pufferschicht. Daneben sind als Pufferschicht auch andere Oxide, wie z.B. CeO2, MgO, Al2O3, TiO2, oder auch Pufferschichten, die aus TiN und SiC bestehen oder dieses enthalten, geeignet. Im Fall von Ir/YSZ/Si wird zunächst auf den Si(001)-off-axis oder Si(111)-off-axis-Kristallen die YSZ-Schicht, z.B. mittels Sputtern, bevorzugt aber mittels gepulster Laserablation, bei einer Substrattemperatur von beispielsweise 720 °C und einem Sauerstoffdruck von 5×10-4 mbar aufgebracht. Die ersten 2 nm werden dabei unter Hochvakuumbedingungen abgeschieden. Die Konzentration von Yttriumoxid (Y2O3) in Zirkondioxid (ZrO2) kann dabei über einen weiten Bereich variieren, z.B. ≤ 2,5 % oder 8 % oder ≥ 12 % betragen. Die Iridiumschicht mit einer Dicke von beispielsweise 150 nm wird vorzugsweise mittels Elektronenstrahlverdampfen, bevorzugt in einem 2-Schrittprozess, bei einer Temperatur von beispielsweise 650°C aufgewachsen. Der erste Schritt für die ersten 20 nm findet dabei mit einer Aufwachsrate von beispielsweise 0,004 nm/s statt. Die nachfolgende epitaktische Nukleation von Diamant auf den Ir/YSZ/Si(001)-off-axis oder Ir/YSZ/Si(111)-off-axis-Substraten findet bevorzugt mit dem Verfahren der gleichspannungsunterstützten Keimbildung statt, wie es in DE 10 2007 028 293 B4 , beschrieben ist.
  • Diamant lässt sich auf einer einkristallinen oder quasieinkristallinen Iridiumschicht heteroepitaktisch mit einer einzigartig guten Ausrichtung abscheiden. Er haftet zudem sehr gut auf dem Iridium. Das gesamte Schichtsystem weist darüber hinaus eine extrem hohe thermische Stabilität auf, was durch tagelange Abscheideprozesse im Mikrowellenplasma bei Temperaturen von ca. 1000°C belegt ist.
  • Bevorzugterweise wird nun die Texturbreite, also die polare und/oder die azimutale Texturbreite, des abgeschiedenen Diamants gezielt eingestellt. Einstellen der Texturbreite kann hierbei Minimierung der Texturbreite oder aber Einstellung auf einen definierten, möglichst konstanten Wert über einen großen Bereich der Schichtdicke bedeuten. Bevorzugterweise wird der Diamant hierbei mittels chemischer Dampfabscheidung, also Chemical Vapor Deposition (CVD), und besonders bevorzugt mittels mikrowellenunterstützter chemischer Dampfabscheidung abgeschieden, wie sie beispielsweise in DE 10 2007 028 293 B4 beschrieben wird.
  • Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass hierbei die Texturbreite des abgeschiedenen Diamants über eine Stickstoffkonzentration in einem zur chemischen Dampfabscheidung verwendeten Gas eingestellt werden kann. Z.B. kann mittels hoher Stickstoffkonzentrationen eine kontinuierliche Verbesserung einer (001)-Textur verhindert werden, ohne einen Übergang zu nanokristallinen Schichten zu erzeugen. Sofern die Texturbreite minimiert werden soll, kann die Stickstoffkonzentration klein oder gleich null gewählt werden. Im Gegensatz zum normalen on-axis Wachstum wird bei dem im Folgenden beschriebenen off-axis Wachstum keinerlei Stickstoff benötigt um (001) orientiertes Wachstum zu stabilisieren und dabei die Mosaikverteilung zu minimieren. Bei hohen Stickstoffkonzentrationen können dagegen Schichten mit größerer Texturbreite definiert hergestellt werden. Je größer die Stickstoffkonzentration eingestellt wird, desto größer wird die Texturbreite des abgeschiedenen Diamants sein. Besonders bevorzugt sind im Falle nichtminimaler Texturbreite Stickstoffkonzentrationen ≥ 400 ppm, besonders bevorzugt ≥ 800 ppm, weiter bevorzugt ≥ 1000 ppm, weiter bevorzugt ≥ 1200 ppm, weiter bevorzugt 1500 ppm und/oder ≤ 20000 ppm, vorzugsweise ≤ 10000 ppm, besonders bevorzugt ≤ 5000 ppm.
  • Zur Erlangung eines Diamants mit über eine bestimmte Schichtdicke definierter Texturbreite, insbesondere definierter polarer Texturbreite, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise zweischrittig durchgeführt werden. Hierbei wird zunächst in einem ersten Wachstumsschritt auf das Heterosubstrat Diamant so aufgewachsen, dass die Texturbreite des hinzukommenden Diamants mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt. Mit zunehmender Dicke des Diamants wird also die Texturbreite des hinzukommenden Diamants geringer. In einem zweiten Wachstumsschritt wird dann Diamant so aufgewachsen, dass die Texturbreite der Diamantschicht mit weiter zunehmendem Abstand vom Substrat im Wesentlichen konstant bleibt. Im zweiten Wachstumsschritt ist die Texturbreite hinzukommenden Diamants also im Wesentlichen konstant. Die Einstellung der Texturbreite auf den konstanten Wert erfolgt hierbei vorzugsweise über die oben beschriebene Einstellung der Stickstoffkonzentration in der chemischen Dampfabscheidung.
  • Die Oberflächen des Substrates auf welche der Diamant abgeschieden wird sind dabei vorzugsweise (001) off-axis bzw. (111) off-axis Flächen bei denen die Orientierung der Wachstumsoberfläche sich um einen Winkel von einigen Grad von der kristallographischen (001) bzw. (111) Fläche unterscheidet.
  • Der Winkel der Off-axis-Orientierung, also der oben genannte Winkel, um welchen die Kristallebenen gegenüber der Oberfläche geneigt sind, ist erfindungsgemäß ≥ 2° und ≤ 15°, bevorzugt ≥ 4°, vorzugsweise ≤ 10° und/oder bevorzugt ≤ 8°.
  • Sofern nicht eine Minimierung der Texturbreite angestrebt wird, ist die Texturbreite des abgeschiedenen Diamants, insbesondere die polare Texturbreite, die eingestellt wird, insbesondere im zweiten Wachstumsschritt des oben beschriebenen vorteilhaften Verfahrens bevorzugt ≥ 0,1°, besonders bevorzugt ≥ 0,2°, weiter bevorzugt ≥ 0,3°, weiter bevorzugt ≥ 0,4° und/oder ≤ 2°, vorzugsweise ≤ 1°, besonders bevorzugt ≤ 0,8°, weiter bevorzugt ≤ 0,6°, weiter bevorzugt ≤ 0,5°. Für Neutronenmonochromatoren sind Texturbreiten zwischen 0,2° und 1° vorteilhaft. Insbesondere hier ist es wichtig, dass die Texturbreite gezielt eingestellt und über die Dicke konstant gehalten werden kann.
  • Es kann auch eine Minimierung der polaren und/oder azimutalen Texturbreite angestrebt werden, die zu High-end-Einkristallen mit wenigen Hundertstel Grad Texturbreite führt. In diesem Fall sind die beiden Texturbreiten vorzugsweise ≤ 0,1°, besonders bevorzugt ≤ 0,05°, weiter bevorzugt ≤ 0,02°. Derart geringe Texturbreiten für heteroepitaktische Diamantschichten auf großen Flächen von mehreren Quadratzentimetern sind im Stand der Technik nicht beschrieben und werden erst durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht.
  • Die Zusammensetzung der Gasphase und insbesondere auch die Zugabe von Stickstoff beeinflusst die Wachstumsformen von einzelnen Diamantkristalliten und kann dazu benutzt werden, um Zwillinge oder nichtepitaktische Kristallite auf (001) Flächen zu unterdrücken. Auf (111) Flächen werden entgegengesetzte Bedingungen, d.h. möglichst wenig Stickstoff und Methan in der Gasphase benötigt, um ein einkristallines Wachstum ohne polykristalline Einschlüsse zu ermöglichen. Mit der Verwendung von off-axis Substraten ist es nun möglich diese Einschränkungen zu ignorieren d.h. minimale Texturbreiten können bei stickstofffreier Gasphase erzielt werden ohne dass Zwillinge oder nichtepitaktische Kristallite entstehen, während recht hohe Dosen von Stickstoff eingesetzt werden können um höhere Texturbreiten zu erzeugen und zu stabilisieren ohne die Gefahr des Übergangs ins nanokristalline Wachstum.
  • Das beschriebene Off-axis-Aufwachsen ermöglicht es, Diamantschichten mit großer Schichtdicke herzustellen, insbesondere bevorzugt > 0,5 mm, besonders bevorzugt ≥ 1 mm, weiter bevorzugt ≥ 2 mm, weiter bevorzugt ≥ 4 mm. Gleichzeitig kann die Diamantschicht mit einer großen Fläche aufgewachsen werden, die ≥ 4 cm2, vorzugsweise ≥ 10 cm2, besonders bevorzugt ≥ 30 cm2, weiter bevorzugt ≥ 50 cm2, weiter bevorzugt ≥ 70 cm2 ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Diamantschichten weisen außerdem eine sehr hohe Bruchfestigkeit auf, die > 1 GPa, vorzugsweise ≥ 2 GPa, besonders bevorzugt ≥ 2,8 GPa, weiter bevorzugt ≥ 3 GPa, weiter bevorzugt ≥ 3,5 GPa, weiter bevorzugt ≥ 3,9 GPa ist.
  • Es ist möglich, nach dem Vollenden des Abscheidens des Diamants das Substrat und vorzugsweise auch jene im oben beschriebenen ersten Wachstumsschritt hergestellte Diamantschicht zu entfernen, beispielsweise abzuschleifen, so dass als hergestellter Diamantkristall ein Diamantkristall mit homogener Texturbreite hergestellt wird.
  • Die Herstellung eines Diamantkristalls mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem fertig hergestellten Diamantkristall erkennbar, auch wenn das Substrat oder Teile des Diamantkristalls entfernt wurden. Die Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren manifestiert sich dadurch, dass Versetzungslinien im Diamantkristall gegenüber der [001]-Richtung im Falle von Wachstum auf (001)-off-axis-Substraten und gegenüber der [111]-Richtung bei Wachstum auf (111)-off-axis-Substraten um einen Neigungswinkel geneigt sind. Bei mittels chemischer Dampfabscheidung auf (001)on-axis-Substraten hergestellten Diamantschichten verlaufen die Versetzungslinien in der Regel nahe der [001]-Richtung, können aber einen Neigungswinkel von einigen Grad aufweisen. Unter analogen Bedingungen sind auf (111)-on-axis-Substraten die Versetzungslinien meist deutlich stärker geneigt, z.B. bis zu 35°. Bei nach der Standardtechnik hergestellten Diamantkristallen bestehen jedoch keine Unterschiede zwischen der Neigung in Richtung [hk0] und der entgegengesetzten Richtung [-h-k0] bei Wachstum in Richtung [001]. Bestimmt man also einen Schwerpunkt der Orientierungsverteilung der Versetzungslinien, also einen durchschnittlichen Winkel und eine durchschnittliche Richtung der Versetzungslinien gegenüber der [001]-Richtung, so findet man bei nach dem Stand der Technik hergestellten Diamantkristallen, dass die Schwerpunktsrichtung im Wesentlichen mit der [001]-Richtung zusammenfällt. Bei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Diamantkristallen findet man hingegen, dass der Mittelwert oder Schwerpunkt der Winkelverteilung der Versetzungslinien gegenüber der [001]-Richtung einen Winkel hat, der > 8°, bevorzugt > 10°, bevorzugt > 15°, besonders bevorzugt > 20°, sein kann. Die Neigungsrichtung der Schwerpunktsrichtung (d.h. im Falle von (001)-Off-axis-Substraten die Projektion der Schwerpunktsrichtung in die (001)-Ebene) entspricht dabei der Off-axis-Richtung. Sie steht also senkrecht zu jener Drehachse, die die (001)- bzw. (111)-Netzebene durch Rotation um den Off-axis-Winkel in die Oberflächenebene überführt.
  • Erfindungsgemäß ist daher ein Diamantkristall, dessen Versetzungslinien eine bevorzugte Ausrichtung aufweisen, die weder mit der <001> noch der <111> Kristallrichtung zusammenfällt.
  • Ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Diamantkristall ist besonders vorteilhaft als Neutronenmonochromator einsetzbar. Neutronenmonochromatoren sind die zentralen optischen Elemente bei Neutronenforschungsreaktoren. Aufgrund der vergleichsweise geringen Brillianz (Neutronenfluss) solcher Reaktoren verwendet man Mosaikkristalle, deren Texturbreite an eine Strahldivergenz des Neutronenstrahls angepasst ist. Es hat sich herausgestellt, dass Diamant ein sehr gut geeignetes Material für Neutronenmonochromatoren ist. Bezüglich der Reflektivität übertreffen die theoretisch für Diamant erwarteten Werte die Reflektivitäten der standardmäßig eingesetzten Materialien wie Germanium, Kupfer oder Silizium um bis zu einen Faktor 4 für heiße Neutronen. Erfindungsgemäß kann, wie oben beschrieben, ein Diamantkristall mit einer definierten Texturbreite erzeugt werden, wie dies für Neutronenmonochromatoren notwendig ist.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Bruchfestigkeit des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Diamantkristalls weiter erhöht wird. Hierzu kann im Anschluss an die im oben beschriebenen Verfahren aufgetragenen Diamantschichten eine weitere Diamantschicht epitaktisch aufgewachsen werden, die so aufgewachsen wird, dass sie gegenüber der zuvor aufgewachsenen Diamantschicht druckverspannt ist. Hierzu wird, insbesondere bei chemischer Dampfabscheidung, die druckverspannte Diamantschicht vorzugsweise mit geringerer Temperatur als die zuvor aufgewachsene Schicht, vorzugsweise mit einer Temperatur ≤ 900°C für (001) off-axis-Schichten und ≤ 700°C für (111)-off-axis-Schichten aufgewachsen. Weiter bevorzugt wird die druckverspannte Schicht bei den genannten Temperaturen und bei einem höheren Druck als die zuvor aufgewachsene Schicht aufgewachsen, vorzugsweise mit einem Druck ≥ 100 mbar, besonders bevorzugt ≥ 150 mbar, besonders bevorzugt ≥ 200 mbar, und/oder ≤ 500 mbar, bevorzugt ≤ 400 mbar.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau einer druckverspannten Schicht benötigt nicht die ex situ Eindiffusion von Fremdelementen wie in anderen Erfindungen zu Diamant beschrieben. Auch bleibt die epitaktische Ausrichtung und die kristalline Struktur erhalten. Durch die Druckspannungen findet bei einer mechanischen Belastung des Schichtsystems der Übergang in den Bereich kritischer Zugspannungen bei höheren Belastungen statt, d.h. die Bruchfestigkeit des Bauteils steigt an.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, aufgrund des Off-axis-Wachstums und der gezielten Einstellbarkeit der Texturbreiten Versetzungsdichten und Texturbreiten durch gezielte Prozessführung einzustellen und dabei Druckspannungen von mehreren Gigapascal zu erzeugen, wobei das epitaktische Kristallwachstum erhalten bleibt. Versetzungsdichten können beispielsweise zwischen 107 und 1012 cm-2 liegen. Texturbreiten können z. B. zwischen 0,05° und 1° liegen. Beschriebene druckverspannte Schichten können auf einer oder beiden Seiten des Diamantkristalls aufgebracht werden. Der Diamantkristall kann hierbei vom Substrat abgelöst sein oder noch auf dem Substrat angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird vor oder während des Aufwachsens des Diamants zumindest eine Maske auf dem Substrat oder dem bereits abgeschiedenen Diamant so angeordnet, dass sich die Maske parallel zum Substrat bzw. zu jener Oberfläche, auf welche abgeschieden wird, erstreckt. Dabei weist die Maske zumindest eine Öffnung auf, durch welche weiterer Diamant auf dem bereits abgeschiedenen Diamant oder dem Substrat abgeschieden werden kann. Es wird dann so lange weiterer Diamant über die Maske abgeschieden, dass sich über der Maske durch homoepitaktisches Lateralwachstum des Diamant eine geschlossene Diamantschicht ergibt. Bevorzugt ist die Maske eine Streifenmaske, deren Streifen senkrecht zur Off-axis-Richtung verlaufen. Die Streifen verlaufen also vorzugsweise parallel zu jener Drehachse, um die die Oberfläche gegenüber den entsprechenden (001)- oder (111)-Gitterebenen verkippt ist. Bevorzugt ist hierbei ein Füllfaktor, also ein Verhältnis einer Breite der Öffnungen, also ihrer Ausdehnung senkrecht zur Längsrichtung, zu einem Abstand des gleichen Randes, z.B. des linken Randes, zweier benachbarter Öffnungen zueinander ≤ 0,5, vorzugsweise ≤ 0,2, weiter bevorzugt ≤ 0,1, weiter bevorzugt ≤ 0,05, weiter bevorzugt ≤ 0,02.
  • Für die Herstellung von Schichten mit minimaler Versetzungsdichte und Mosaikverteilung wird die Breite der Öffnung a vorzugsweise bei 1 bis 5 µm und der Füllfaktor vorzugsweise bei 0,01 bis 0,2 liegen, bei Schichten mit gezielter großer Mosaikverteilung liegt die Öffnung vorteilhafterweise bei 5 bis 20 µm und der Füllfaktor bei 0,2 bis 0,5.
  • Die Maske kann hierbei vorzugsweise ein oder mehrere Stoffe ausgewählt aus SiO2, Ti, Rh, Pt, Cu, Ni und/oder Iridium aufweisen oder daraus bestehen. Sie kann außerdem vorzugsweise eine Dicke von ≥ 10 nm, besonders bevorzugt von ≥ 50 nm und/oder ≤ 300 nm, bevorzugt ≤ 200 nm haben.
  • Mittels einer solchen Maske lässt sich epitaktisches laterales Überwachsen (ELO) realisieren. Hierbei werden Versetzungen durch die aufgebrachte Maske gestoppt. Nur Versetzungen, die auf die offenen Bereiche der Maske treffen, also die Öffnungen, setzen sich in die darüber liegende Schicht fort. Mit der Reduzierung der Versetzungsdichte geht in der Regel eine Verkippung der Netzebenen in gewissen Bereichen (Wings genannt) der überwachsenden Schicht einher, was sich unter anderem in einer Aufspaltung der Rocking-Kurve offenbart (Wing-Tilt genannt). Erfindungsgemäß lassen sich durch die Verwendung solcher Masken definierte Texturbreiten erzeugen, wie sie z. B. für Neutronenmonochromatoren benötigt werden, also z. B. 0,2° bis 1°. Da wie oben beschrieben auf ein Off-axis-Substrat aufgewachsen wird, wird aus der symmetrischen Aufspaltung der Rocking-Kurve mit zwei Nebenmaxima eine asymmetrische mit im wesentlichen nur einem Nebenmaximum, was die Einstellung definierter Texturbreiten erheblich vereinfacht.
  • Die Masken können außerdem auch verwendet werden, um Diamantkristalle mit scharfer Texturbreite und geringer Versetzungsdichte herzustellen. In der Regel sind die Füllfaktoren beim beschriebenen ELO-Prozess von gängigen Halbleitermaterialien durch wirtschaftlich sinnvolle Schichtdicken limitiert. Bei üblichen Diamant-Wachstumsprozessen sind Schichtdicken von einigen hundert Mikrometern standardmäßig realisierbar. Es kann daher mit sehr kleinen Füllfaktoren von < 0,1 gearbeitet werden und letztlich immer noch eine geschlossene Schicht erhalten werden. Der Füllfaktor ist hierbei das Verhältnis aus Breite der Öffnung zu einem Abstand entsprechender Ränder zweier benachbarter Öffnungen zueinander, also zum Abstand der in gleicher Richtung liegenden Ränder der benachbarten Öffnungen zueinander. Hierdurch kann eine hohe Reduzierung von Versetzungen erzielt werden. Der Wing-Tilt wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere das Aufwachsen auf Off-axis-Substrate auf eine Richtung reduziert, was bedeutet, dass die Rocking-Kurve nur noch ein Nebenmaximum aufweist oder dass eines der beiden Nebenmaxima der Rocking-Kurve deutlich größer ist als das andere Maximum. Die Texturbreite kann mit den bestehenden Wachstumsbedingungen anschließend wie oben beschrieben wieder reduziert werden. Auf diese Weise erhält man einen Kristall mit scharfer Texturbreite und geringer Versetzungsdichte.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden.
  • Es zeigt
    • 1 einen Plasmareaktor, in welchem die Nukleation der erfindungsgemäßen Diamantschicht durchführbar ist,
    • 2a eine Rocking-Kurve einer mit hoher Stickstoffkonzentration hergestellten Diamantschicht,
    • 2b eine Rocking-Kurve einer ohne Stickstoff hergestellten Diamantschicht,
    • 2c ein Azimutalscan derselben ohne Stickstoff hergestellten Diamantschicht,
    • 3 ein Beispiel einer on-axis aufgewachsenen Diamantschicht,
    • 4 Versetzungslinien in einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Diamantkristall,
    • 5 Bruchfestigkeiten von gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten Diamantkristallen im Vergleich zu Bruchfestigkeiten polykristalliner Schichten,
    • 6 Rocking-Kurven für mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Diamantkristalle bei unterschiedlichen Stickstoffkonzentrationen, welche für Neutronenmonochromatoren einsetzbar sind,
    • 7 eine schematische Darstellung eines Diamantkristalls mit druckverspannten Schichten,
    • 8 durch Variation der Substrattemperatur einstellbare biaxiale Spannungszustände σxx für Wachstum auf (8a) Ir/YSZ/Si(001)4°-off-axis- bzw. (8b) Ir/YSZ/Si(111)4°-off-axis-Substraten,
    • 9 ein Beispiel für eine stark druckverspannte Diamantschicht auf einer nahezu unverspannten Diamantschicht,
    • 10 einen Schnitt durch einen auf einem Substrat angeordneten Diamantkristall mit einer Maske, über welche Diamant abgeschieden wird und
    • 11 über Masken abgeschiedenen Diamant mit verkippten Netzebenen.
  • Für das Wachstum der im Folgenden beschriebenen Diamantproben wurde eine Mikrowellenplasmaquelle „Cyrannus I-6“ der Firma Iplas mit einer Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz und einer Leistung von 6 kW verwendet.
  • Die Röntgenbeugungsmessungen wurden mit einem Hochauflösungsdiffraktometer XRD 3003 PTS-HR (Firma Seifert) mit Parallelstrahlgeometrie durchgeführt. Die Primärstrahloptik bestand aus einem parabolischen Röntgenspiegel gefolgt von einem 4-fach Ge(220)-Bartels-Typ-Monochromator zur Erzeugung eines reinen CuKα1-Strahls. Auf der Sekundärseite befand sich vor dem Detektor ein weiterer parabolischer Röntgenspiegel.
  • 1 zeigt einen Plasmareaktor, mit welchem ein Diamant-Nukleationsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar ist. Der Plasmareaktor weist einen Substrathalter 1 auf, auf welchem ein Substrat 2 anordenbar ist. Der Substrathalter 1 ist heizbar und mit einem negativen Pol einer Spannungsquelle 3 verbunden, so dass er eine Kathode bildet. Der Substrathalter 1 ist hierbei flächig ausgebildet. Über dem Substrathalter 1 ist eine flächig ausgebildete Anode 4 mit zum Substrathalter 1 paralleler Fläche in einem Abstand von ca. 1 cm angeordnet. Die Anode 4 ist mit einem positiven Pol der Spannungsquelle 3 elektrisch leitend verbunden.
  • Auf dem Substrathalter 1 ist das Substrat 2 anordenbar. Anode 4, Substrathalter 1 und Substrat 2 sind in einer Vakuumkammer 5, die beispielsweise ein Quarzglaszylinder 5 sein kann, angeordnet. Zwischen Anode 4 und Substrat 2 werden Mikrowellen eingestrahlt und ein Plasma gezündet so dass Prozessbedingungen entstehen, die eine chemische Dampfphasenabscheidung von Diamant erlauben. Bei kleinem Abstand von Anode und Substrat (< 1cm) kann durch eine zusätzliche Gleichspannung an Anode und Kathode die epitaktische Keimbildung von Diamant auf Iridium auf großen Flächen erzielt werden. Das Verfahren dieser gleichspannungsunterstützen Keimbildung ist im Detail in der DE 10 2007 028 293 B4 beschrieben. Nach dem Nukleationsschritt wird die Spannung abgeschaltet, der Abstand vergrößert und anschließend wird die Diamantschicht erfindungsgemäß dick gewachsen. Die Wachstumsschritte können auch in anderen Diamant-CVD-Anlagen, vorzugsweise in Mikrowellenplasmaanlagen durchgeführt werden.
  • 2a zeigt eine Dia(004)-Röntgen-Rocking-Kurve einer Probe auf einem 4°-off-axis-Ir/YSZ/Si(001)-Substrat. Der Off-axis-Winkel von 4° ist hierbei der Winkel zwischen der Oberfläche des Substrates, auf welche aufgewachsen wird, und der kristallographischen (001)-Ebene. Der Diamantkristall, dessen Röntgen-Rocking-Kurve in 2a gezeigt ist, wurde nach der heteroepitaktischen Diamantnukleation in einem zweischrittigen Wachstumsprozess hergestellt, wobei in einem ersten Schritt Diamant aufgewachsen wurde, dessen Texturbreite mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt, und in einem zweiten Schritt Diamant mit im Wesentlichen konstanter Texturbreite aufgetragen wurde. Die konstante Texturbreite wurde hierbei über eine vergleichsweise hohe Stickstoffkonzentration von 15000 ppm N2 in der Gasphase eingestellt. Die übrigen Prozessparameter waren ein Gasdruck von 200 mbar, 10% Methan in Wasserstoff, eine Substrattemperatur von 1100°C und eine Mikrowellenleistung von 3500 W. Die Schichtdicke des Kristalls betrug hier 900 µm. Zu erkennen ist, dass die Rockingkurven-Halbwertsbreite, also die polare Texturbreite, des Kristalls 0,8° beträgt.
  • 2b zeigt eine Dia(004)-Röntgen-Rocking-Kurve einer Diamantkristallprobe, die auf einem 4°-off-axis-Ir/YSZ/Si(001)-Substrat abgeschieden wurde, wobei durch das Wachstum ohne Stickstoff in der Gasphase eine minimale Texturbreite eingestellt wurde. Die übrigen Prozessparameter waren ein Gasdruck von 160 mbar, 8% Methan im Wasserstoff, eine Substrattemperatur von 1000°C und eine Mikrowellenleistung von 3000 W. Die Schichtdicke betrug hier 1600 µm. Zu erkennen ist, dass die Rockingkurven-Halbwertsbreite, also die polare Texturbreite, hier 0,05° beträgt.
  • 2c zeigt einen Azimutalscan des Diamant(311)-Reflexes mit einer Halbwertsbreite von 0,07° für dieselbe Schicht wie in 2b.
  • 3 zeigt einen Diamantkristall auf einem Substrat, der nach dem Stand der Technik hergestellt wurde. Hierbei wurde 30 Minuten auf ein Ir/YSZ/Si (001) on-axis Substrat aufgewachsen, wobei eine Stickstoffkonzentration von 15000 ppm N2 in der Gasphase eingestellt wurde. Zu erkennen ist, dass der Kristall zersplittert ist. Hierin offenbart sich ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik, da die Erfindung es ermöglicht, Diamantkristalle auf Substraten unter Bedingungen abzuscheiden, die nach dem Stand der Technik nicht zu stabilen Schichten führen würden. Nur dadurch, dass erfindungsgemäß off-axis abgeschieden wird, lässt sich eine Diamantschicht mit derart hoher Texturbreite unter Zugabe von Stickstoff stabil herstellen.
  • 4 zeigt eine (-220)-Röntgentopographieaufnahme (in Transmission, Laue-Technik) im Querschnitt von einer 3 mm dicken Diamantschicht, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren mittels CVD abgeschieden wurde. Dabei wurde auf ein Ir/YSZ/Si(001)4°-off-axis-Substrat abgeschieden, wobei die für 2b eingestellten Prozessbedingungen vorlagen. Die Off-axis-Richtung der Probe war [1-10], d.h. die Drehachse, die die (001)-Ebene in die Oberfläche überführt, war [110]. Für die Röntgentopographieaufnahme mit Hilfe von polychromatischer Röntgenstrahlung an einer Synchrotronquelle wurde aus dieser Probe mittels Laserschneiden eine 1 mm dicke Querschnittsscheibe herausgeschnitten. Die Schnittfläche wird durch die Vektoren [001] und [1-10] aufgespannt. In 4 sind Versetzungslinien des Diamantkristalls als dunkle Schattierungen zu erkennen. Die dunklen Schattierungen, also die Versetzungslinien, weisen hierbei eine Vorzugsrichtung auf. Diese Vorzugsrichtung ist im gezeigten Beispiel um ca. 20° gegenüber der kristallographischen [001]-Richtung geneigt. Anhand dieser gerichteten Versetzungslinien ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung auch im fertigen und eventuell auch von anderen Schichten, insbesondere dem Substrat, abgelösten Diamantkristallen erkennbar und nachweisbar. Bei Wachstum auf (111)-off-axis-Substraten würde sich entsprechend ein Neigungswinkel gegenüber der [111]-Richtung ergeben.
  • 5 zeigt Bruchfestigkeiten von mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens off-axis gewachsenen Diamantschichten, die mit einer Stickstoffkonzentration von 400 ppm N2 in der Gasphase mittels CVD hergestellt wurden. Im unteren Bereich der Abbildung innerhalb des Kastens sind typische Bruchfestigkeiten polykristalliner Schichten angegeben, die aus C. Wild, „CVD diamond for optical windows“, in „Lowpressure Synthetic Diamond“, Spinger, 1998 entnommen wurden. Die Abbildung zeigt, dass die Bruchfestigkeit polykristalliner Diamantschichten zu hohen Schichtdicken drastisch abnimmt. Im oberen Bereich sind Bruchfestigkeiten zweier unterschiedlich dicker Diamantschichten aufgetragen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden sind. Die Bruchfestigkeiten wurden für ca. 300 um dicke Schichten nach Ablösen des Substrats an Laser-geschnittenen 0,5 mm x 11 mm Teststücken mittels 3-Punkt-Biegefestigkeitsmessung bestimmt. Es wurde auch hier off-axis auf ein Ir/YSZ/Si(001)-Substrat abgeschieden. Zu erkennen ist, dass die Bruchfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Diamantschichten bei 3100 MPa bzw. bei 3900 MPa liegt. Sie ist also deutlich größer als bei herkömmlichen polykristallinen Diamantschichten vergleichbarer Schichtdicken.
  • 6 zeigt Dia(004)-Röntgen-Rocking-Kurven von Proben, die auf 4°-off-axis-Ir/YSZ/Si(001)-Substraten aufgewachsen wurden. Dabei wurde für die in 6a dargestellte Probe der erste Wachstumsschritt für die Texturreduzierung bei ca. 0,17° abgebrochen und danach mit 1000 ppm N2 in der Gasphase weitergewachsen. Bei der in 6b gezeigten Probe wurde dagegen bereits bei 0,5° der erste Prozessschritt beendet und im zweiten Schritt dann mit 10000 ppm N2 gewachsen. In beiden Fällen wurde über den oben beschriebenen Zweischrittwachstumsprozess durch Umschalten bei einer definierten Texturbreite und Wahl der Stickstoffkonzentration beim nachfolgenden Wachsen über hunderte von Mikrometern eine im Wesentlichen konstante Halbwertsbreite eingestellt.
  • Die Schichtdicke der im linken Teilbild gezeigten Probe beträgt 1000 µm und der im rechten Teilbild gezeigten Probe 650 µm. Die Diamantschichten wurden hier im linken Teilbild gezielt mit einer Texturbreite von ca. 0,16° und im rechten Teilbild gezielt mit einer Texturbreite von 0,47° mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Die an diesen Schichten gemessenen Neutronenreflektivitäten betragen 34 % für das linke Teilbild bzw. 11 % für das rechte Teilbild. Diese Werte liegen schon bei ca. 70% der bei den jeweiligen Schichtdicken erwarteten, theoretischen Reflektivitäten. Insbesondere weist die linke Probe bei einer Schichtdicke von nur 1 mm eine doppelt so hohe Neutronenreflektivität wie das standardmäßig bei dieser Wellenlänge(1.10-10m) eingesetzte Germanium bei einer Schichtdicke von 12 mm auf (Ge(511)-Reflex: 18 % Reflektivität bei 12 mm Schichtdicke und einer polaren Texturbreite von 0,3°).
  • 7 zeigt schematisch einen Diamantkristall 70, auf dessen Ober- und Unterseite druckverspannte Diamantschichten 71 und 72 aufgetragen sind. Dabei ist auf einer zunächst mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten quasi einkristallinen Diamantschicht 70 mit einer Texturbreite zwischen 0,05° und 1° eine druckverspannte Epitaxie-Schicht 71 auf der Oberseite und eine druckverspannte Epitaxieschicht 72 auf der Unterseite angeordnet. Die Druckverspannung kann insbesondere durch Abscheiden der druckverspannten Schichten 71 und 72 bei hohen Drücken in der CVD Gasphase und bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen bewirkt werden.
  • 8 zeigt die gezielte Einstellung von Spannungen beim hetero-epitaktischen Wachstum von Diamant auf Ir/YSZ/Si(001)4°-Off-axis (8a) und Ir/YSZ/Si(111)4°-Off-axis (8b) durch Wahl der Temperatur bei sonst gleichen Prozessbedingungen. Die Prozessbedingungen waren ein Prozessgasdruck von 200 mbar, 7-10 % Methan in Wasserstoff und eine Mikrowellenleistung von 3500 W. Zu erkennen ist für den Fall in 8a, dass die Druckspannungen mit abnehmender Temperatur zunehmen. Für den Fall in 8b lässt sich mit einer Temperatur von weniger als 700°C eine Druckspannung von ca. -2 GPa einstellen, während sich bei Temperaturen von > 900°C Zugspannungen bis zu 2 GPa ergeben.
  • Neben den bei Raumtemperatur mittels Röntgenbeugung gemessenen Eigenspannungen wurden auch die Spannungen angegeben, die sich rechnerisch bei der Abscheidetemperatur ergeben indem man die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Diamantschicht und Substrat berücksichtigt.
  • 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine stark druckverspannte Diamantschicht 93 auf einer nahezu unverspannten Diamantschicht 92. Dazu wurde zunächst eine 20 µm dicke heteroepitaktische Diamantschicht 92 auf einem Ir/YSZ/Si(001) 4° off axis Substrat 91 gewachsen. Die Prozessbedingungen waren ein Gasdruck von 50 mbar, 2200 W Mikrowellenleistung, 2% Methan im Wasserstoff, 150 ppm Stickstoff, eine Substrattemperatur von 850°C für 20 Stunden. Anschließend wurde bei einem Druck von 220 mbar, 3500 W Mikrowellenleistung mit 10 % Methan in Wasserstoff bei einer Substrattemperatur von ca. 750 °C für 2 h eine druckverspannte Schicht gewachsen. Die druckverspannte Schicht wuchs dabei homoepitaktisch auf der unverspannten auf und hatte eine Dicke von 8 µm. Die Abbildung zeigt eine Theta-2Theta-Röntgenbeugungsmessung des Diamant (311) Reflexes aufgenommen bei einem Polarwinkel von ca. 72° mittels reiner Cu Kα1-Strahlung. Der Reflex der unverspannten Schicht liegt bei einem Wert von 91,5°. Der Reflex der verspannten Schicht ist dagegen um 0,5° zu größerem 2-Theta-Winkel verschoben. Für den Diamant (004) Reflex bei 2 Theta 119,5° und einem Polarwinkel von ca. 4° erhält man eine entgegengesetzte Verschiebung um -0,2°. Daraus ergibt sich eine Kompression εxx in der Ebene von 0,48 %, was bei einem biaxialen Spannungszustand einer kompressiven Spannung σxx von -5,7 GPa in der Schichtebene entspricht. Tiefenabhängige Mikroramanmessungen belegen die Reihenfolge druckverspannte Diamantschicht auf unverspannter Diamantschicht und bestätigen die Spannungswerte.
  • 10 zeigt off-axis abgeschiedene Diamantschichten auf einem Substrat 105, wobei während des Abscheidens eine Maske 103 mit paralleler Ebene zum Substrat 105 angeordnet wurde. Da off-axis auf das Substrat 105 aufgewachsen wird, sind Kristallgitterebenen 101 gegenüber der Oberfläche 102 des Substrats 105 um einen Winkel geneigt. Es wird zunächst nun also Diamant auf die Oberfläche 102 des Substrats 105 abgeschieden, dann nach Abscheiden von Diamant in einer bestimmten Dicke der Diamantwachstumsprozess unterbrochen, anschließend die Maske 103 über den bereits abgeschiedenen Diamant aufgetragen und dann weiter Diamant abgeschieden, der innerhalb der Öffnungen 104 der Maske 103 auf die unter der Maske liegenden Diamantschichten aufgetragen wird und außerdem über der Maske 103 durch homoepitaktisches Lateralwachstum abgeschieden wird. Die Dicke der Diamantschicht vor dem Auftragen der Maske wird für die Herstellung von Schichten mit minimaler Texturbreite so hoch gewählt, dass bereits eine Vielzahl von Versetzungen überwachsen wurden und sich die Texturbreite bereits deutlich reduziert hat. D.h. die Dicke kann ≥ 100 um, vorzugsweise ≥ 500 µm, vorzugsweise ≥ 1 mm, ≥ 2 mm betragen.
  • Ein Füllfaktor der Maske 103 ist gegeben als Verhältnis der Breite der Öffnungen a zu einem Abstand zweier benachbarte Öffnungen in gleicher Richtung begrenzender Ränder b. Der Füllfaktor kann beispielsweise zwischen 0,01 und 0,5 liegen. Für die Herstellung von Schichten mit minimaler Versetzungsdichte und Mosaikverteilung wird die Breite der Öffnung a bei 1 -5 µm und der Füllfaktor bei 0,01 bis 0,2 liegen, bei Schichten mit gezielter großer Mosaikverteilung liegt die Öffnung vorteilhafterweise bei 5 bis 20 µm und der Füllfaktor bei 0,2 bis 0,5.
  • 11 zeigt den Effekt des Wing-Tilts beim epitaktischen lateralen Überwachsen (ELO) von Masken im Vergleich für on-axis (a) und off-axis (b) aufgewachsenen Diamant. Hierbei wird über Diamantschichten, die durchgehend hergestellt wurden, eine Maske 113 angeordnet, die Öffnungen 114 aufweist. Die Gitterebenen 111 des Diamants unterhalb der Maske 113 verlaufen parallel zum Substrat und zur Oberfläche im Fall von on-axis aufgewachsenem Diamant und um einen Winkel geneigt für off-axis gewachsenen Diamant. Oberhalb der Öffnungen verlaufen die Gitterebenen 111 ebenfalls im Wesentlichen parallel zu den Gitterebenen des Diamant unterhalb der Maske. Abseits der Öffnungen über der Maske 113 sind die Gitterebenen dagegen geneigt gegenüber den Gitterebenen unterhalb der Maske. Im on-axis Fall (a) ist die Neigung symmetrisch auf beiden Seiten der Öffnung 114. Dies erkennt man an zwei symmetrischen Peaks in der zugehörigen Rockingkurve. Im off-axis Fall (b) werden die Masken bevorzugt von einer Seite her überwachsen und es kommt zu einer Asymmetrie in der Rockingkurve.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, wobei zunächst in einem ersten Wachstumsschritt auf eine Wachstumsoberfläche eines (001)-off-axis- oder eines (111)-off-axis Heterosubstrates Diamant so aufgewachsen wird, dass eine polare und/oder azimutale Texturbreite einer durch das Aufwachsen entstehenden Diamantschicht mit zunehmendem Abstand vom Substrat abnimmt und dann in einem zweiten Wachstumsschritt Diamant so aufgewachsen wird, dass die Texturbreite der Diamantschicht mit weiter zunehmendem Abstand vom Substrat konstant bleibt, wobei (001) bzw. (111)-Netzebenen des Substrates gegenüber der Wachstumsoberfläche um einen Winkel ≥ 2° und ≤ 15° geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Iridiumschicht mit (001)-off-axis- oder (111)-off-axis-Orientierung, angeordnet auf einer Off-axis-Pufferschicht angeordnet auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat, aufweist oder daraus besteht, wobei die (001)- Kristallebenen bzw. die (111)-Kristallebenen des Iridium um den Winkel geneigt sind und wobei die Pufferschicht Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) ist oder aufweist, und wobei die Texturbreite des abgeschiedenen Diamants über eine Stickstoffkonzentration in einem zur Abscheidung in einer chemischen Dampfabscheidung, CVD, verwendeten Gas eingestellt wird.
  2. Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, wobei auf eine Wachstumsoberfläche eines (001)-off-axis- oder (111)-off-axis-Heterosubstrates Diamant aufgewachsen wird, wobei das Heterosubstrat eine Iridiumschicht auf einer Off-axis-Pufferschicht, auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat, aufweist und wobei (001) bzw. (111)-Netzebenen der Iridiumschicht gegenüber der Wachstumsoberfläche um einen Winkel ≥ 2° und ≤ 15° geneigt sind, wobei die Pufferschicht eine oxidische Pufferschicht ausgewählt aus CeO2, MgO, Al2O3, TiO2, oder Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ), mit den daraus resultierenden Heterosubstraten Ir/YSZ/Si(001) oder Ir/YSZ/Si(111), und/oder eine Pufferschicht mit/aus TiN oder SiC ist oder aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamant im ersten und/oder zweiten Wachstumsschritt mittels chemischer Dampfabscheidung, Chemical Vapor Deposition, vorzugsweise mittels Mikrowellen-unterstützter chemischer Dampfabscheidung abgeschieden wird, wobei vorzugsweise eine Stickstoffkonzentration in einem zur chemischen Dampfabscheidung verwendeten Gas im zweiten Wachstumsschritt entweder gleich Null ist oder größer ist als im ersten Wachstumsschritt, vorzugsweise ≥ 400 ppm, besonders bevorzugt ≥ 800 ppm, besonders bevorzugt ≥ 1000 ppm, besonders bevorzugt ≥ 1200 ppm, besonders bevorzugt ≥ 1500 ppm und ≤ 20000 ppm, vorzugsweise ≤ 10000 ppm, besonders bevorzugt ≤ 5000 ppm.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, um welchen die Kristallebenen geneigt sind, ≥ 4° und ≤ 10°, vorzugsweise ≤ 8° ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im zweiten Wachstumsschritt erzeugte konstante polare Texturbreite bevorzugt ≥ 0,1°, besonders bevorzugt ≥ 0,2°, weiter bevorzugt ≥ 0,3°, besonders bevorzugt ≥ 0,4° und ≤ 2°, vorzugsweise ≤ 1°, besonders bevorzugt ≤ 0,8°, besonders bevorzugt ≤ 0,6°, besonders bevorzugt ≤ 0,5° ist oder dass die polare und/oder azimutale Texturbreite ≤ 0,1°, vorzugsweise ≤ 0,05°, besonders bevorzugt ≤ 0,02° sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Diamant bis zu einer Schichtdicke von ≥ 0,5 mm, vorzugsweise ≥ 1 mm, besonders bevorzugt ≥ 2 mm, besonders bevorzugt ≥ 4 mm abgeschieden wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Wachstumsschritte Diamant auf die zuvor aufgewachsene Schicht epitaktisch so aufgewachsen wird, dass er gegenüber der zuvor aufgewachsenen Schicht druckverspannt ist.
  8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der druckverspannte Diamant mit geringerer Temperatur als die zuvor aufgewachsene Schicht aufgewachsen wird, vorzugsweise mit einer Temperatur ≤ 900°C für (001) off-axis-Schichten oder bevorzugt ≤ 700°C für (111)-off-axis-Schichten und/oder bei einem höheren Druck als die zuvor aufgewachsene Schicht aufgewachsen wird, vorzugsweise mit einem Druck ≥ 100 mbar, vorzugsweise ≥ 150 mbar, weiter bevorzugt ≥ 200 mbar, und ≤ 500 mbar, bevorzugt ≤ 400 mbar.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Aufwachsens des Diamants zumindest eine Maske, insbesondere eine Streifenmaske, auf dem Substrat oder dem bereits abgeschiedenen Diamant so angeordnet wird, dass sie sich parallel zum Substrat erstreckt, wobei die Maske zumindest eine Öffnung aufweist, durch welche hindurch weiterer Diamant auf den bereits abgeschiedenen Diamant oder dem Substrat abgeschieden werden kann, und dass nach dem Anordnen der Maske weiterer Diamant über die Öffnungen und nachfolgend, vorzugsweise durch Lateralwachstum, über die Maske abgeschieden wird, so dass sich eine geschlossene Diamantschicht über der Maske ergibt.
  10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Breite der Öffnungen zu einem Abstand der die Öffnung in gleicher Richtung begrenzenden Ränder zweier benachbarter Öffnungen zueinander ≤ 0,5, vorzugsweise ≤ 0,2, weiter bevorzugt ≤ 0,1, weiter bevorzugt ≤ 0,05, weiter bevorzugt ≤ 0,02 ist und/oder dass die Breite der Öffnungen ≥ 1 µm, vorzugsweise ≥ 5 µm und ≤ 20 µm, vorzugsweise ≤ 5 µm ist.
  11. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske ein oder mehrere Stoffe ausgewählt aus Iridium, SiO2, Ti, Rh, Pt, Cu und/oder Ni aufweist oder daraus besteht und/oder eine Dicke von ≥ 10 nm, vorzugsweise ≥ 50 nm und ≤ 200 nm, besonders bevorzugt ≤ 100 nm hat.
  12. Diamantkristall, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantkristall mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist und dass der Diamantkristall der Versetzungslinien aufweist, die eine bevorzugte Ausrichtung aufweisen, wobei der Schwerpunkt der bevorzugten Ausrichtung einen Winkel von > 8°, vorzugsweise > 10°, bevorzugt > 15°, besonders bevorzugt > 20°, gegenüber allen <001>- und <111>-Kristallrichtungen des Diamantkristalls aufweist.
  13. Diamantkristall, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantkristall mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist und dass der Diamantkristall, hergestellt durch CVD, eine Dicke > 1 mm, vorzugsweise > 2 mm, besonders bevorzugt > 3 mm und eine Fläche > 5 cm2, vorzugsweise > 10 cm2, besonders bevorzugt > 30 cm2, besonders bevorzugt > 50 cm2, besonders bevorzugt > 70 cm2 und vorzugsweise eine polare Texturbreite von ≥ 0,05°, bevorzugt ≥ 0,1°, weiter bevorzugt ≥ 0,3°, weiter bevorzugt ≥ 0,4° und ≤ 2°, vorzugsweise ≤ 1°, besonders bevorzugt ≤ 0,8°, weiter bevorzugt ≤ 0,6°, weiter bevorzugt ≤ 0,5° aufweist.
  14. Diamantkristall, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantkristall mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist und dass der Diamantkristall, hergestellt durch CVD, eine Bruchfestigkeit bei einer Bezugsdicke von 300 µm des Kristalls > 2,8 GPa, besonders bevorzugt > 3 GPa, besonders bevorzugt > 3,5 GPa, besonders bevorzugt ≥ 3,9 GPa, aufweist.
  15. Diamantkristall, nach einem der Ansprüche 12 bis 14, hergestellt durch CVD, mit einer polaren und/oder azimutalen Texturbreite ≤ 0,1°, vorzugsweise ≤ 0,05°, besonders bevorzugt ≤ 0,02°.
  16. Diamantkristall, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantkristall mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist und dass der Diamantkristall, hergestellt durch CVD, eine polare und/oder azimutalen Texturbreite ≤ 0,1°, vorzugsweise ≤ 0,05°, besonders bevorzugt ≤ 0,02°, aufweist.
  17. Diamantkristall nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantkristall mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist und dass der Diamantkristall mit einer Versetzungsdichte von ≥ 106 cm-2, und ≤ 108 cm-2 im Falle einer Texturbreite von < 0,1° oder von ≥ 108 cm-2 und ≤ 1011 cm-2 im Falle einer Texturbreite von > 0,1° hergestellt ist.
  18. Diamantkristall nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamantkristall zumindest eine druckverspannte epitaktische Schicht mit einem Verspannungsdruck von ≤ -0,5 GPa, vorzugsweise ≤ -1 GPa und ≥ -10 GPa, vorzugsweise ≥ -5 GPa und/oder einer Dicke von ≥ 0,5 µm, vorzugsweise ≥ 1 µm und ≤ 10 µm, vorzugsweise ≤ 5 µm aufweist.
  19. Diamantmosaikkristall oder Stapel von Diamantkristallen, wobei der Diamantmosaikkristall oder Stapel von Diamantkristallen zusammengesetzt ist aus Mosaikkristallen, die Diamantkristalle nach einem der Ansprüche 12 bis 18 sind.
  20. Diamantmosaikkristall oder Stapel von Diamantkristallen nach dem vorhergehenden Anspruch, dessen Neutronenreflektivität im Wellenlängenbereich von 0,05 nm bis 0,3 nm bei gleicher Mosaikbreite zumindest bei einer Wellenlänge über der Neutronenreflektivität von Mosaikkristallen oder Stapeln aus Mosaikkristallen basierend auf Kupfer, Silizium oder Germanium liegt.
  21. Verwendung eines Diamantkristalls nach einem der Ansprüche 12 bis 20 in einem Neutronenmonochromator.
  22. Verwendung eines Diamantkristalls nach einem der Ansprüche 12 bis 21 als optisches Fenster, als mechanische Schneidkante, als Drahtziehstein, als Skalpell, als Template zur Erzeugung von Diamantschichten mit identischer Textur und innerer Struktur durch homoepitaktisches Wachstum und nachfolgendes Ablösen und/oder als epitaktisches Wachstumssubstrat für andere Funktionsschichten, bevorzugt Nitride wie AIN, GaN und c-BN.
DE112011102010.4T 2010-06-16 2011-06-16 Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, mit dem Verfahren hergestellte Diamanten und deren Verwendung Expired - Fee Related DE112011102010B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010023952 DE102010023952A1 (de) 2010-06-16 2010-06-16 Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten und mit dem Verfahren hergestellte Diamanten
DE102010023952.6 2010-06-16
PCT/EP2011/002983 WO2011157429A1 (de) 2010-06-16 2011-06-16 Verfahren zum herstellen von diamantschichten und mit dem verfahren hergestellte diamanten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112011102010A5 DE112011102010A5 (de) 2013-03-28
DE112011102010B4 true DE112011102010B4 (de) 2020-12-31

Family

ID=44343188

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201010023952 Withdrawn DE102010023952A1 (de) 2010-06-16 2010-06-16 Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten und mit dem Verfahren hergestellte Diamanten
DE112011102010.4T Expired - Fee Related DE112011102010B4 (de) 2010-06-16 2011-06-16 Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, mit dem Verfahren hergestellte Diamanten und deren Verwendung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201010023952 Withdrawn DE102010023952A1 (de) 2010-06-16 2010-06-16 Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten und mit dem Verfahren hergestellte Diamanten

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130143022A1 (de)
DE (2) DE102010023952A1 (de)
WO (1) WO2011157429A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022110941A1 (de) 2022-05-04 2023-11-09 Universität Leipzig, Körperschaft des öffentlichen Rechts Metamorpher puffer für grossflächige diamantschichten

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3575450A1 (de) * 2014-07-22 2019-12-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Einkristalliner diamant
WO2016109481A2 (en) 2014-12-30 2016-07-07 DePuy Synthes Products, Inc. Coatings for surgical instruments
JP6582597B2 (ja) * 2015-06-19 2019-10-02 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド単結晶、工具およびダイヤモンド単結晶の製造方法
JP7298832B2 (ja) * 2017-02-06 2023-06-27 信越化学工業株式会社 ダイヤモンド製膜用下地基板及びそれを用いたダイヤモンド基板の製造方法
JP7078947B2 (ja) * 2017-02-06 2022-06-01 信越化学工業株式会社 ダイヤモンド製膜用下地基板及びそれを用いたダイヤモンド基板の製造方法
GB201811162D0 (en) 2018-07-06 2018-08-29 Element Six Tech Ltd Method of manufacture of single crystal synthetic diamond material
JP7158966B2 (ja) * 2018-09-14 2022-10-24 株式会社東芝 ダイヤモンド基板、量子デバイス、量子システム、及び、ダイヤモンド基板の製造方法
JP7256635B2 (ja) * 2018-12-04 2023-04-12 信越化学工業株式会社 積層基板、積層基板の製造方法及び自立基板の製造方法
EP4056728A4 (de) * 2019-11-08 2022-09-14 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Diamantbeschichtetes werkzeug und verfahren zur herstellung davon
JP2021080153A (ja) 2019-11-18 2021-05-27 信越化学工業株式会社 ダイヤモンド基板及びその製造方法
US11753740B2 (en) 2019-11-18 2023-09-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Diamond substrate and method for manufacturing the same
CN111933514B (zh) * 2020-08-12 2023-02-24 哈尔滨工业大学 电子束蒸镀工艺制备外延单晶金刚石用Ir(111)复合衬底的方法
JP2022191959A (ja) 2021-06-16 2022-12-28 信越化学工業株式会社 ダイヤモンド基板及びその製造方法
CN114016127A (zh) * 2021-12-27 2022-02-08 长沙新材料产业研究院有限公司 金刚石结构图形的构建方法
CN115369386B (zh) * 2022-08-15 2023-07-25 北京科技大学 一种在微结构衬底上沉积金刚石的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10320133A1 (de) * 2003-05-06 2004-12-02 Universität Augsburg Einkristalline Diamantschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007028293B4 (de) 2007-06-20 2009-09-03 Universität Augsburg Plasmareaktor, dessen Verwendung und Verfahren zur Herstellung einkristalliner Diamantschichten

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10320133A1 (de) * 2003-05-06 2004-12-02 Universität Augsburg Einkristalline Diamantschicht und Verfahren zu ihrer Herstellung

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A mechanism for crystal twinning in the growth of diamond by chemical vapour deposition", J.E. Butler et al., Phil. Trans. R. Soc. A 2008(366), Seite 295-311 *
"Diamond mosaic crystals for neutron instrumentation: First experimental results", A.K.Freund et al., Nucl. Instr. and Meth. A (2010), doi:10.16/j.nima.2010.05.043,online veröffentlicht:01.06.2010 *
"Epitaxial lateral overgrowth (ELO) of homoepitaxial diamond through an iridium mesh", T. Bauer et al., Diamond & Related Materials 16 (2007) 711-7 *
"Growth of [100] Textured diamond films by the addition of nitrogen", G.Z. Cao et al., J. Appl. Phys. 79(3), Seite 1357-64 *
"Nitrogen stabilized <100> texture in chemical vapor deposited diamond films", R, Locher et al., Appl. Phys. Lett. 65(1), Seite 34-6 *
"Crystal tilting of diamond heteroepitaxially grown on vicinal Ir/SrTiO3(001)", S. Gsell et al, J. Appl. Phys. 96(3), S. 1413-7. *
"Heteroepitaxial diamond on Ir/YSZ/Si(001): general developments and specific aspects for detector apllications", M. Schreck et al., 1st CARAT Workshop @ GSI Darmstadt 2009, 13-15 December 2009, recherchiert unter: http://www-carat.gsi.de/CARAT01/CARAT01Talks/Schreck.pdf am 27.09.2017 *
"Mikrowellenplasma-Simulation, Abscheidung und Charakterisierung von polykristallinen, dotierten und undotierten Diamantschichten", E. Pleuer, Inaugural-Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2003, Auszug: Seiten 1-10, recherchiert unter: https://freidok.uni-freiburg.de/dnb/download/699 am 28.09.2017. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022110941A1 (de) 2022-05-04 2023-11-09 Universität Leipzig, Körperschaft des öffentlichen Rechts Metamorpher puffer für grossflächige diamantschichten

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010023952A1 (de) 2011-12-22
WO2011157429A1 (de) 2011-12-22
US20130143022A1 (en) 2013-06-06
DE112011102010A5 (de) 2013-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011102010B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Diamantschichten, mit dem Verfahren hergestellte Diamanten und deren Verwendung
Petruzzello et al. Structural properties of the ZnSe/GaAs system grown by molecular‐beam epitaxy
DE1619985C3 (de) Halbleiterkörper
DE60217976T2 (de) Bordotierte diamant und verfahren zu ihrer herstellung
DE112017004297B4 (de) Herstellungsverfahren für einen SiC-Epitaxiewafer
Choi et al. Atomic layer engineering of perovskite oxides for chemically sharp heterointerfaces
WO2017050532A1 (de) (Sc,Y):AIN EINKRISTALLE FÜR GITTER-ANGEPASSTE AIGaN SYSTEME
DE10320133B4 (de) Verfahren zur Herstellung von einkristallinen oder quasi-einkristallinen Diamantschichten und auf einem Körper angeordnete einkristalline oder quasi-einkristalline Diamantschicht
DE2534187C3 (de) Substrat aus einem einkristallinen Spinell
DE102008026784A1 (de) Epitaxierte Siliciumscheibe mit &lt;110&gt;-Kristallorientierung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE4443908C2 (de) Verfahren zur Herstellung kristallographisch gerichteter dünner Schichten von Siliciumcarbid durch Laserablagerung von Kohlestoff auf Silicium
EP1571242A2 (de) Herstellung von Substratwafern für defektarme Halbleiterbauteile, ihre Verwendung, sowie damit erhaltene Bauteile
DE19543722C2 (de) Verfahren zur Herstellung von für die Gasphasenabscheidung einkristalliner Diamantschichten geeigneten Substraten
DE1665267B2 (de) Heteroepitaxiale Mehrschichtanordnung
EP0252536B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optischen Streifenwellenleiters für nicht-reziproke optische Bauelemente
DE60024667T2 (de) Sic-einkristall und herstellungsverfahren dafür
DE4440072C1 (de) Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen monokristallinen Siliziumcarbidschicht
Lal et al. Effect of metallization on crystalline perfection and level of stress in semi‐insulating and n‐type gallium arsenide single‐crystal wafers
EP0352857B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Eisengranatschichten
Ohler et al. An x-ray diffraction topographic study of highly oriented pyrolytic graphite
Di Nunzio et al. Epitaxial growth of Co/Cu (001) superlattices on sapphire substrates
Sou et al. HRXRD study of the strain properties of MBE-grown ZnSe and ZnSTe on GaAs
Kozhukh et al. Study of Ge Si solid solution crystals by X-ray topography and neutron diffraction
Parikh et al. Ion channeling analysis of MBE grown Si1− xGex/Si strained layer superlattices
Prokhorov et al. Optimization of the Growth Technology for Crystals with Garnet Structure Based on X-Ray Diffraction Data

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C23C0016270000

Ipc: C30B0029040000

R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: AUGSBURG DIAMOND TECHNOLOGY GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: UNIVERSITAET AUGSBURG, 86159 AUGSBURG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: PFENNING, MEINIG & PARTNER MBB PATENTANWAELTE, DE

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee