DE60115435T2

DE60115435T2 - Dicke einkristalline diamantschicht, verfahren zur herstellung der schicht und edelsteine hergestellt durch bearbeitung der schicht

Info

Publication number: DE60115435T2
Application number: DE60115435T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Alan Ascot SCARSBROOK; Philip Maurice Littlewick Green MARTINEAU; Bärbel Susanne Charlotte Bracknell DORN; Andrew Michael Wokingham COOPER; John Lloyd Collins; Andrew John Camberley WHITEHEAD; Daniel James Sunningdale TWITCHEN
Original assignee: Element Six Pty Ltd
Current assignee: Element Six Pty Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: EP1290251B8; US7887628B2; GB2379451B; CN1441859A; CA2412855A1; ES2252244T3; EP1632590A3; US20040182308A1; US20080044339A1; CA2412855C; CZ302229B6; EP1632590B1; EP1290251B1; CZ20024228A3; AU6624601A; RU2287028C2; DE60115435D1; TWI250231B; HK1057584A1; GB0300200D0

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft einen Diamanten und insbesondere einen Diamanten, der durch chemische Dampfabscheidung (chemical vapour deposition, nachfolgend als CVD bezeichnet) hergestellt wird.
Verfahren zur Abscheidung von Materialien, wie zum Beispiel Diamant, auf einem Substrat durch CVD sind nunmehr gut eingeführt, und wurden ausgiebig in der Patent- und der übrigen Literatur beschrieben. Wenn Diamant auf einem Substrat abgeschieden wird, beinhaltet das Verfahren im Allgemeinen die Bereitstellung einer Gasmischung, welche bei Dissoziation Wasserstoff oder ein Halogen (zum Beispiel F, Cl) in atomarer Form und C oder Kohlenstoff enthaltende Radikale und andere reaktive Spezies bereitstellen kann, zum Beispiel CH_x, CF_x, wobei x 1 bis 4 sein kann. Darüber hinaus können auch Sauerstoff enthaltende Quellen vorhanden sein, wie zum Beispiel Quellen für Stickstoff und für Bor. Bei vielen Verfahren können auch Inertgase, wie zum Beispiel Helium, Neon oder Argon vorhanden sein. Somit wird eine typische Mischung eines Quellengases Kohlenwasserstoffe C_xH_y enthalten, wobei x und y jeweils 1 bis 10 sein kann, oder Halogenkohlenwasserstoffe X_xH_yHal_z (Hal = Halogen), wobei x und z jeweils 1 bis 10 sein kann und y 0 bis 10 sein kann, oder gegebenenfalls eines oder mehrere der folgenden: CO_x, wobei x 0,5 bis 2 sein kann, O₂, H₂, H₂, NH₃, B₂H₆ und ein Inertgas. Jedes Gas kann in seinem natürlichen Isotopenverhältnis vorliegen, oder die relativen Isotopenverhältnisse können künstlich kontrolliert werden; zum Beispiel kann Wasserstoff als Deuterium oder Tritium vorhanden sein, und Kohlenstoff kann als ¹²C oder ¹³C vorhanden sein. Die Dissoziation der Mischung des Quellengases wird durch eine Energiequelle zustande gebracht, wie zum Beispiel durch Mikrowellen, RF-Energie (vermutlich: radio frequency; Anmerkung des Übersetzers), eine Flamme, einen heißer Draht, oder durch eine Technologie auf Basis eines Jets, und man lässt die so hergestellte reaktive Gasspezies sich auf einem Substrat abscheiden und einen Diamant bilden.
CVD-Diamant kann auf einer Vielzahl von Substraten gebildet werden. In Abhängigkeit von der Natur des Substrats und den Einzelheiten der Chemie des Verfahrens können polykristalline oder Einkristall-CVD-Diamanten hergestellt werden. Die Herstellung von homoepitaxialen CVD-Diamantschichten wurde in der Literatur beschrieben. Der Stand der Technik befasste sich im Allgemeinen mit den thermischen, optischen und mechanischen Eigenschaften des CVD-Diamanten.
Plano et al. (1994) beschreiben das Wachstum von epitaxialem Einkristall-CVD-Diamant durch Mikrowellenplasma-CVD als einer Schicht von 0,4 mm Dicke, die auf einem HPHT IIa Diamanten gewachsen ist. Die CVD-Schicht zeigte Stickstoff-haltige Fehlstellen, und wird mit einer hohen Fehlstellendichte beschrieben. Die Summe der Elektronen- und der Loch-Beweglichkeiten in der CVD-Schicht wurde zu 1.000 cm²/V sec gemessen, ähnlich dem HPHT-Substrat, jedoch war die Lebensdauer der CVD-Schicht kleiner als 40 ps, welche das Material für elektronische Anwendungen ungeeignet macht.
McCauley et al. (1995) beschreibt das epitaxiale Wachstum von Einkristall-CVD-Diamant auf einem mikroskopisch gebrochenen (microcracked) Naturdiamant-Amboss vom Typ Ia (microcracked type Ia natural diamond anvil) unter Verwendung von Mikrowellenplasma-CVD. Die Diamantschicht war bis zu 150 μm dick, wobei die FWHM (full width half maximum; volle Breite, halbes Maximum) der Ramanlinie von Diamant bei 1332 cm^–1 zu 3,4 cm^–1 gemessen wurde, und das Material starke PL-Linien bei 575 nm und 637 nm zeigte, welche den Stickstoff-bedingten Verunreinigungen in dem Verfahren zugeschrieben werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Schicht eines Einkristall-CVD-Diamanten von hoher Qualität bereitgestellt, die eine Dicke von mindestens 2 mm, und bevorzugt eine Dicke von mehr als 2,5 mm, oder am meisten bevorzugt eine Dicke von mehr als 3 mm besitzt.
Die hohe Qualität des Diamanten wird durch eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften gekennzeichnet. Diese Eigenschaften sind in der Mehrheit des Volumens der Schicht oder des Steins oder in dem {100} Wachstumsabschnitt zu beobachten, wenn sie vorhanden und erkennbar sind:

1) Ein hoher Ladungssammelabstand von mindestens 100 μm, bevorzugt von mindestens 150 μm, und stärker bevorzugt von mindestens 400 μm, wobei alle Sammelabstände bei einem angelegten Feld von 1 V/μm und 300 K (oder 20°C, welches für die Zwecke dieser Erfindung als gleichwertig angesehen wird) gemessen werden. In einem qualitativ hochwertigen Naturdiamanten vom Typ IIa werden die Ladungssammelabstände zu wesentlich weniger als 100 μm, und in noch typischerer Weise zu etwa 40 μm bei einem angelegten Feld von 1 V/μm beschrieben.
2) Ein hoher Wert für das Produkt aus einer durchschnittlichen Trägerbeweglichkeit und der Lebensdauer μτ, so dass es 1,0 × 10^–6 cm²/V übersteigt, und bevorzugt 1,5 × 10^–6 cm²/V und am meisten bevorzugt 4 × 10^–6 cm²/V, wobei alle Messungen bei 300 K durchgeführt werden.
3) In einem abgeschalteten Zustand, ein spezifischer Widerstand, gemessen bei 300 K, von mehr als 10¹² Ω cm bei einem angelegten Feld von 50 V/μm, und bevorzugt von mehr als 2 × 10¹³ Ω cm, und stärker bevorzugt von mehr als 5 × 10¹⁴ Ω cm. In einer Vorrichtung mit einem breiten Bandabstand, wie zum Beispiel einer, die aus einem Diamant hergestellt wurde, ist die Zahl der Träger von freien Ladungen, die unter Gleichgewichtsbedingungen vorhanden sind, äußerst gering, und sie werden durch den Beitrag aus den Gitterfehlstellen und Verunreinigungen dominiert; man sagt, eine solche Vorrichtung sei in einem „abgeschalteten Zustand". Die Vorrichtung kann in einen „angeschalteten Zustand" gebracht werden durch die zusätzliche Anregung von Ladungsträgern mittels zum Beispiel optischer Anregung (in erster Linie unter Verwendung von optischen Energien in der Nähe des Bandabstandes oder größer als der Bandabstand) oder durch Anregung mittels geladener Teilchen (zum Beispiel alpha- oder beta-Teilchen). In dem angeschalteten Zustand übersteigt die Dichte der freien Träger das Gleichgewichtsniveau, und wenn die Anregungsquelle entfernt wird, wird die Vorrichtung in den abgeschalteten Zustand zurückkehren.
4) Eine Elektronenbeweglichkeit (μ_e), gemessen bei 300 K, von mehr als 2.400 cm²V^–1s^–1, bevorzugt von mehr als 3.000 cm²V^–1s^–1 und stärker bevorzugt von mehr als 4.000 cm²V^–1s^–1. In einem qualitativ hochwertigen Naturdiamant vom Typ IIa wurden Elektronenbeweglichkeiten typischerweise zu 1.800 cm²V^–1s^–1 bei 300 K beschrieben, mit außerordentlichen Werten, die bis zu 2.200 cm²V^–1s^–1 beschrieben wurden.
5) Eine Lochbeweglichkeit (μ_h), gemessen bei 300 K, von mehr als 2.100 cm²V^–1s^–1, und bevorzugt von mehr als 2.500 cm²V^–1s^–1, und stärker bevorzugt von mehr als 3.000 cm²V^–1s^–1. In einem qualitativ hochwertigen Naturdiamant vom Typ IIa wurden Lochbeweglichkeiten typischerweise zu 1.200 cm²V^–1s^–1 bei 300 K beschrieben, mit außerordentlichen Werten, die bis zu 1.900 cm²V^–1s^–1 beschrieben wurden.

Aus dem Vorstehenden wird angemerkt, dass der Diamant der Erfindung elektronische Eigenschaften besitzt, welche jenen signifikant überlegen sind, die in natürlichem, qualitativ hochwertigem Diamant vorliegen. Dies ist überraschend und ergibt einen Diamant mit Eigenschaften, welche zum Beispiel für elektronische Anwendungen nützlich sind, bei denen dicke Schichten erforderlich sind, und ebenso für die wirtschaftliche Herstellung von dünneren Schichten für andere elektronische Bauteile. Es gibt einen Nutzen bei der Synthese einer einzelnen dicken Schicht, und bei deren Verarbeitung in viele dünne Schichten, da die Unkosten in Bezug auf die Substrate und die Herstellung durch Synthese herabgesetzt werden.
Der Diamant der Erfindung ist ebenso für die Verwendung als Diamantambosse (diamond anvils) in Hochdruckexperimenten geeignet, sowie zur Herstellung, wobei die geringe Fehlstellendichte des Diamanten diesen vielen stärker als Naturdiamant und für den Betrieb unter sehr extremen Temperatur- und Druckbedingungen geeignet macht.
Der Diamant der Erfindung besitzt eine Dicke, die geeignet ist, die Herstellung von einem oder mehreren Edelsteinen daraus, zum Beispiel durch Schneiden, zu ermöglichen.
Über die vorstehend beschriebenen Eigenschaften hinaus kann die Diamantschicht der Erfindung eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften besitzen:

1) Einen Grad einer beliebigen einzelnen Verunreinigung von nicht mehr als 5 ppm und einen Gehalt an Verunreinigungen insgesamt von nicht mehr als 10 ppm. Vorzugsweise beträgt der Grad einer Verunreinigung nicht mehr als 0,5 bis 1 ppm und der Gehalt der Verunreinigungen insgesamt beträgt nicht mehr als 2 bis 5 ppm. Die Konzentrationen der Verunreinigungen können durch Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS), Glimmentladungs-Massenspektroskopie (GDMS) oder Verbrennungs-Massenspektroskopie (CMS), Elektronen Paramagnetische Resonanz (EPR) und Infrarot (IR) Absorption gemessen werden, und zusätzlich für einen einzelnen substituierenden Stickstoff durch optische Absorptionsmessungen bei 270 nm (geeicht gegen Standardwerte, die aus Proben erhalten wurden, welche zerstörend durch Verbrennungsanalyse analysiert wurden). In dem Vorstehenden schließt der Begriff „Verunreinigung" Wasserstoff und seine isotopen Formen aus.
2) Eine Kathodenlumineszenz (CL) Linie bei 575 nm, welche gering oder abwesend ist, und eine assoziierte Fotolumineszenz (PL), gemessen bei 77 K und bei Anregung mit einem Argonionen-Laser bei 514 nm (nominal 300 mW einfallender Strahl), der eine Peakhöhe < 1/25 und bevorzugt < 1/300, stärker bevorzugt < 1/1000 des Ramanpeaks des Diamanten bei 1.332 cm^–1 besitzt. Diese Banden stehen in Beziehung mit Stickstoff/Leerstellen und ihr Vorliegen weist auf das Vorhandensein von Stickstoff in dem Film hin. Aufgrund des möglichen Vorliegens konkurrierender Quenchmechanismen ist die normalisierte Intensität der 575 nm Linie kein quantitatives Maß für Stickstoff, noch ist ihre Abwesenheit ein konkreter Hinweis auf die Abwesenheit von Stickstoff im Film. CL ist die Lumineszenz, die sich aus der Anregung mittels eines Elektronenstrahls bei einer typischen Strahlenergie von 10 bis 40 keV ergibt, welche etwa 10 Microns in die Oberfläche der Probe eindringt. Fotolumineszenz wird allgemeiner durch das Probenvolumen angeregt.
3) (i) Hohe Emission an freien Excitonen (FE) im Kathodenlumineszenzspektrum, das bei 77 K aufgenommen wurde Die Emission freier Excitonen wird durch Punktdefekte und strukturelle Defekte, wie zum Beispiel Dislokationen gequencht. Das Vorliegen einer hohen Emission freier Excitonen im Kathodenlumineszenzspektrum weist darauf hin, dass Dislokationen und Verunreinigungen im Wesentlichen abwesend sind. Der Zusammenhang zwischen niedrigen Dichten an Defekten und Verunreinigungen und einer hohen Intensität der Emission freier Excitonen ist bereits zuvor für einzelne Kristalle bei der Synthese polykristalliner CVD-Diamanten beschrieben worden.
ii) Hohe Emission freier Excitonen in einem Fotolumineszenz-Spektrum, das bei Raumtemperatur mit ultravioletten Strahlen angeregt wurde (ultraviolett-angeregt) Die Emission freier Excitonen kann ebenso durch die vorstehende Bandabstand-Strahlung angeregt werden, zum Beispiel durch Strahlung von 193 nm aus einem ArF-Excimerlaser. Das Vorliegen einer hohen Emission freier Excitonen im Fotolumineszenzspektrum, das auf diese Weise angeregt wurde, weist darauf hin, dass Dislokationen und Verunreinigungen im Wesentlichen abwesend sind. Die Stärke der Emission freier Excitonen, die bei 193 nm mittels eines ArF-Excimerlasers bei Raumtemperatur angeregt wurde, ist von solcher Art, dass die Quantenausbeute für die Emission freier Excitonen mindestens 10^–5 beträgt.
4) In der Elektronen Paramagnetischen Resonanz (EPR) weist ein einziges substituierendes Stickstoffzentrum [N-C]⁰ bei einer Konzentration von < 100 ppb und typischerweise von < 40 ppb und noch typischer von < 20 ppb auf geringe Gehalte an Stickstoff hin.
5) Eine Spindichte von < 1 × 10¹⁷ cm^–3 und noch typischer von < 5 × 10¹⁶ 10^–3 bei g = 2,0028. Im Einkristalldiamant steht diese Linie in Bezug zu Gitterdefekt-Konzentrationen und ist typischerweise groß in natürlichem Diamant vom Typ IIa, in CVD-Diamant, der plastisch durch Einkerbung verformt wurde, und in homoepitaxialem Diamant von schlechter Qualität.
6) Ausgezeichnete optische Eigenschaften mit einer Transparenz im UV/sichtbaren Spektrum und Infrarot (infra-rot, IR) Spektrum, nahe dem theoretischen Maximum für Diamant, und ganz besonders, niedrige oder fehlende Absorption für einen einzelnen substituierenden Stickstoff bei 270 nm im UV-Spektrum, und niedrige oder fehlende C-H-Dehnungsabsorption im Spektralbereich von 2.500 bis 3.400 cm^–1 im Infrarot-Spektrum.

Die vorstehend beschriebenen Eigenschaften werden im überwiegenden Teil des Volumens der Schicht oder des Steins zu beobachten sein. Diese können Abschnitte des Volumens sein, im Allgemeinen weniger als 10% des Volumens, bei denen die besondere Eigenschaft nicht zu beobachten ist.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt liefert die Erfindung einen synthetischen Diamant in Form eines Edelsteins, der aus einer Schicht der vorstehend beschriebenen Art hergestellt wird.
Die neue, dicke Einkristallschicht aus einem CVD-Diamant der Erfindung kann durch ein Verfahren herstellt werden, welches einen weiteren Gesichtspunkt der Erfindung darstellt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte der Bereitstellung eines Diamantsubstrats mit einer Oberfläche, die im Wesentlichen frei von Kristalldefekten ist, der Bereitstellung eines Quellengases, der Dissoziation des Quellengases und das Ermöglichen eines homoepitaxialen Diamantwachstums auf der Oberfläche mit einem geringen Grad an Defekten, um in einer Atmosphäre zu erfolgen, welche weniger als 300 ppb Stickstoff enthält. Es wurde gefunden, dass dicke Einkristallschichten von CVD-Diamant von hoher Qualität hergestellt werden können, falls eine Diamantsubstrat mit einer Oberfläche, die im Wesentlichen frei von Kristalldefekten ist, verwendet wird, und falls das homoepitaxiale Wachstum in einer Atmosphäre erfolgt, welche weniger als 300 ppb molekularen Stickstoff enthält.
Die Bedeutung, eine Substratoberfläche zu erhalten, die im Wesentlichen frei von Oberflächendefekten ist, und auf der die Synthese dicker Schichten erfolgen soll, liegt darin, dass solche Defekte Dislokationen und damit einhergehende Defekte in der übermäßig gewachsenen CVD-Schicht verursachen, und dass diese Dislokationsstrukturen, sobald sie einmal vorhanden sind, nicht einfach in der Schicht begrenzt werden können, sondern sich im Allgemeinen vervielfachen und ausdehnen, und zu Belastungen, Defekten und Brüchen führen, wenn die Schicht mehr und mehr wächst. Stickstoff, auch bei sehr niedrigen Gehalten, spielt in dem Verfahren eine Rolle bei der Kontrolle der Morphologie der wachsenden Oberfläche und führt zu einem abgestuften Wachstum, welches wiederum ein disloziertes und defektes Wachstum verursacht, wenn die Schicht in der Dicke zunimmt.
Die Erfindung liefert darüber hinaus einen CVD-Diamanten, der aus einer vorstehend beschriebenen Einkristall-CVD-Schicht hergestellt wird, welcher in Form eines Edelsteins poliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass er drei orthogonale Abmessungen von mehr als 2 mm, und bevorzugt von mehr als 2,5 mm, und stärker bevorzugt von mehr als 3,0 mm besitzt, wobei mindestens eine Achse entlang der <100> Kristallrichtung oder entlang der Hauptsymmetrieachse des Steins verläuft. Der Diamant wird von hoher Qualität sein und kann eine oder mehrere der vorstehend identifizierten Eigenschaften besitzen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Einkristallschicht eines CVD-Diamanten der Erfindung besitzt eine Dicke von mindestens 2 mm und ist von hoher Qualität, insbesondere ist sie von hoher kristalliner Perfektion und Reinheit. Dies wird dadurch erwiesen, dass der Diamant eine oder mehrere der vorstehend identifizierten Eigenschaften besitzt.
Der Sammelabstand kann durch Verfahren bestimmt werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Sammelabstände, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, werden durch das folgende Verfahren bestimmt:

1) Ohm'sche Punktkontakte werden auf jeder Seite der Schicht, die getestet wird, angebracht. Diese Schicht ist typischerweise 300–700 μm dick und 5–10 mm im Quadrat, und ermöglicht Punktkontakte von 2–6 mm Durchmesser. Die Bildung Ohm'scher Kontakte (eher als Kontakte, die das Verhalten einer Diode zeigen) ist wichtig für eine verlässliche Messung. Diese kann auf verschiedene Arten erreicht werden, typisch ist jedoch das folgende Verfahren:
(i) die Oberfläche des Diamanten wird mit Sauerstoff versehen (oxygen terminated), indem zum Beispiel eine Sauerstoffplasmaasche verwendet wird, welche die elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche minimiert (und den "Dunkelstrom" („dark current") herabsetzt);
(ii) eine Metallisierung, bestehend aus zunächst einem Carbidbildner (zum Beispiel Ti, Cr) und anschließend einer dickeren Schicht eines Schutzmaterials, typischerweise Au (an welches eine Drahtverbindung erstellt werden kann) wird auf dem Diamanten durch Aufsprühen, Verdampfung oder ein ähnliches Verfahren abgeschieden. Der Kontakt wird dann typischerweise zwischen 400–600°C für etwa eine Stunde eingebrannt.
2) Drahtverbindungen zu den Kontakten werden hergestellt, und der Diamant wird in den Schaltkreis mit einer Vorspannung von typischerweise 2–10 kV/cm eingebunden. Der „Dunkel strom" oder Kriechstrom wird charakterisiert, und in einer guten Probe sollte er weniger als 5 nA betragen, und noch besser weniger als 100 pA bei 2,5 kV/cm.
3) Die Messung des Sammelabstands erfolgt dadurch, dass die Probe der beta-Strahlung ausgesetzt wird, mit einem Si-Trigger-Detektor auf der Ausgangsseite, um a) anzuzeigen, dass ein Ereignis stattgefunden hat, und b) sicherzustellen, dass das beta-Teilchen nicht innerhalb des Diamantfilms gestoppt wurde, was zu einer viel größeren Zahl von gebildeten Ladungsträgern führen würde. Das Signal aus dem Diamanten wird dann mit einem hochempfindlichen Ladungsverstärker gelesen, und auf der Grundlage der bekannten Bildungsrate der Ladungsträger von etwa 36 Elektronen/Lochpaar pro linearem μm, der von dem beta-Teilchen durchquert wurde, kann der Ladungsabstand aus der Ladung mittels der Gleichung berechnet werden: CCD = CCE × twobei

t

= Probendicke

CCE

= Ladungssammeleffizienz (charge collection efficiency) = gesammelte Ladung/gesamte erzeugte Ladung

CCD

= Ladungssammelabstand (charge collection distance)

Es ist klar, dass der gemessene Ladungssammelabstand auf die Probendicke beschränkt ist; dies wird in der Beziehung von Hecht, die nachfolgend angegeben wird, ausgedrückt.
4) Der Vollständigkeit halber wird der Ladungsabstand für einen Bereich von Werten bei angelegter Vorspannung gemessen, sowohl vorwärts als auch rückwärts, und der charakteristi sche Sammelabstand wird nur für Proben bei Vorspannungen von 10 kV/cm angegeben, welche ein ordnungsgemäßes, lineares Verhalten für Vorspannungen bis 10 kV/cm zeigen. Darüber hinaus wird das gesamte Messverfahren einige male wiederholt, um die Wiederholbarkeit des Verhaltens sicherzustellen, da Werte, die auf schlechteren Proben gemessen wurden, mit der Zeit und mit der Geschichte der Behandlung nachlassen können.
5) Eine weitere Frage bei der Messung des Sammelabstands ist, ob das Material sich im gepumpten oder ungepumpten Zustand befindet. „Pumpen" ("pumping") (auch „Grundieren" ("priming") genannt) des Materials umfasst dessen Exposition gegenüber bestimmten Arten von Strahlung (beta, gamma, etc.) für einen ausreichenden Zeitraum, wenn der gemessene Sammelabstand auftreten kann, typischerweise von einem Faktor von 1,6 in polykristallinem CVD-Diamant, obwohl dies variieren kann. Der Effekt des Grundierens ("priming") ist im Allgemeinen geringer in einem Einkristall-Diamanten von hoher Reinheit, "Priming" von Faktoren von 1,05–1,2 ist häufig, ohne messbares "Priming" in manchen Proben. Das „Ent-Pumpen" ("de-pumping") kann erreicht werden durch Exposition gegenüber ausreichend starkem, weißem Licht oder Licht von ausgewählten Wellenlängen, und man glaubt, dass das Verfahren vollständig reversibel ist. Die Sammelabstände, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, sind alle im "ungepumpten Zustand" gemessen, was auch immer die endgültige Anwendung des Materials ist. Bei bestimmten Anwendungen (zum Beispiel physikalische Experimente mit hochenergetischen Teilchen) kann die Zunahme des Sammelabstands, die mit dem Pumpen einhergeht, in günstiger Weise dazu verwendet werden, die Nachweisbarkeit einzelner Ereignisse zu verstärken, indem der Detektor von jeglicher "ent pumpender" Strahlung abgeschirmt wird. Bei anderen Anwendungen ist der mit dem Pumpen einhergehende Zugewinn ernsthaft schädlich für die Instabilität im Bauteil.

Der Einkristall-CVD-Diamant der Erfindung kann in einer Ausführungsform der Erfindung in einem abgeschalteten Zustand einen hohen spezifischen Widerstand bei hohen angelegten Feldern haben, und insbesondere einen spezifischen Widerstand R₁, der 1 × 10¹² Ω cm übersteigt, und bevorzugt 2 × 10¹³ Ω cm übersteigt, und stärker bevorzugt 5 × 10¹⁴ Ω cm übersteigt, bei einem angelegten Feld von 50 V/μm, gemessen bei 300 K. Solche spezifischen Widerstände bei solch hohen angelegten Feldern sind ein Hinweis auf die Reinheit des Diamanten und im Wesentlichen nicht vorhandene Verunreinigungen und Defekte. Material von geringerer Reinheit oder Kristallperfektion kann einen hohen spezifischen Widerstand bei geringeren angelegten Feldern zeigen, zum Beispiel bei < 30 V/μm, es zeigt jedoch ein Durchschlagsverhalten mit schnell ansteigenden Kriechströmen bei angelegten Feldern von mehr als 30 V/μm und im Allgemeinen von 45 V/μm. Der spezifische Widerstand kann aus einer Messung des Kriech-(Dunkel-)Stroms durch Verfahren bestimmt werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Eine Probe im Test wird als eine Platte von gleichförmiger Dicke vorbereitet, gereinigt unter Verwendung von Standardtechnologien zur Diamantreinigung, um geeignete Kontakte zu erhalten (bedampft, besprüht oder dotierter Diamant), an welchen externe Anschlüsse an die Spannungsquelle erfolgen können, und dann teilweise oder vollständig verkapselt, um das Risiko des Überschlags zu minimieren. Es ist wichtig, zu gewährleisten, dass die Verkapselung nicht in signifikanter Weise zum gemessenen Kriechstrom beiträgt. Typische Probengrößen sind 0,01–0,5 mm Dicke bei 3 × 3 mm bis 50 × 50 mm Breite, jedoch können auch kleinere oder größere Abmessungen verwendet werden.
Der Einkristall-CVD-Diamant der Erfindung kann ein μτ-Produkt von mehr als 1,0 × 10^–6 cm²/V, bevorzugt ein μτ-Produkt von mehr als 1,5 × 10^–6 cm²/V und stärker bevorzugt ein μτ-Produkt von mehr als 4,0 × 10^–6 cm²/V besitzen. Das μτ-Produkt steht in Beziehung zum Ladungssammelabstand, unter Verwendung der folgenden Gleichung: μτE = CCD (cm2/Vs) × (s) × (V/cm) = cmwobei

E: = das angelegte Feld darstellt.

Der Einkristall-CVD-Diamant der Erfindung, insbesondere in seiner bevorzugten Form, besitzt ein hohes μτ-Produkt, welches sich in einem hohen Ladungssammelabstand ausdrückt.
Wenn ein elektrisches Feld an eine Probe unter Verwendung von Elektroden angelegt wird, ist es möglich, die Elektronen-Lochpaare, welche durch Photonenbestrahlung der Probe erzeugt wurden, zu trennen. Die Löcher triften auf die Kathode zu und die Elektronen auf die Anode. Licht mit einer kurzen Wellenlänge (UV-Licht) und einer Photonenenergie oberhalb des Bandabstands des Diamanten besitzen eine sehr geringe Eindringtiefe in den Diamanten, und durch Verwendung dieser Art von Licht ist es möglich, den Beitrag von einer Art eines Ladungsträgers zu identifizieren, nur in Abhängigkeit davon, welche Elektrode bestrahlt wird.
Das μτ-Produkt, auf das in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, wird in der folgenden Weise gemessen:

(i) Eine Probe eines Diamanten wird als eine Platte von mehr als 100 μm Dicke vorbereitet.
(ii) Ti halb-durchsichtige Kontakte werden auf beiden Seiten der Diamantplatte aufgesprüht, und anschließend unter Verwendung von Standardtechnologien der Fotolithographie gestaltet. Dieses Verfahren führt zur Bildung geeigneter Kontakte.
(iii) Ein 10 μs Puls von monochromatischem Xe-Licht (Wellenlänge 218 nm) wird verwendet, um die Ladungsträger anzuregen, wobei der erzeugte Fotostrom in einem externen Schaltkreis gemessen wird. Die Pulslänge von 10 μs ist viel länger als bei anderen Verfahren, wie zum Beispiel der Übergangszeit und der Lebensdauer des Ladungsträgers, und das System kann als im Gleichgewicht befindlich zu allen Zeiten während des Pulses angesehen werden. Das Eindringen von Licht in Diamant bei dieser Wellenlänge beträgt nur wenige Microns. Eine verhältnismäßig geringe Lichtintensität wird verwendet (etwa 0,1 W/cm²), so dass die Gesamtzahl der Elektronen-Lochpaare, welche durch den Lichtpuls erzeugt werden, verhältnismäßig gering ist, und das interne Feld wird anschließend einigermaßen durch das angelegte Feld angenähert. Das angelegte Feld wird unterhalb der Schwelle gehalten, oberhalb der die Beweglichkeit vom Feld abhängig wird. Das angelegte Feld wird auch unterhalb des Werts gehalten, oberhalb dessen ein signifikanter Anteil der Ladungsträger die andere Seite des Diamanten erreicht, und die gesamte gesammelte Ladung zeigt eine Sättigung (mit blockierenden Kontakten; nicht-blockierende Kontakte können eine Steigerung an diesem Punkt zeigen).
(iv) Das μτ-Produkt stammt von der Beziehung zwischen der gesammelten Ladung und der angelegten Spannung unter Verwendung der Beziehung von Hecht. Q = N0eμτE/D[1 – exp{–D/(μτE)}]In dieser Gleichung ist Q die gesammelte Ladung an dem nicht-bestrahlten Kontakt, N₀ ist die Gesamtzahl der Elektronen-Lochpaare, die durch den Lichtpuls erzeugt werden, E das angelegte elektrische Feld, D die Probendicke, und μτ ist das Produkt aus Beweglichkeit und Lebensdauer, das bestimmt werden soll.
(v) Als ein Beispiel, falls die bestrahlte Elektrode die Anode (Kathode) ist, werden zum Beispiel die Ladungsträger innerhalb weniger μm der Oberfläche erzeugt, und die Ladungsverschiebung der Elektronen (Löcher) zur benachbarten Elektrode ist zu vernachlässigen. Im Gegensatz dazu ist die Ladungsverschiebung der Löcher (Elektronen) zum entgegengesetzten Kontakt signifikant, und durch das Produkt μτ begrenzt, wobei sowohl μ als auch τ spezifisch für die besonderen Ladungsträger sind, die sich auf die nicht-bestrahlte Elektrode zu bewegen.

Die CVD-Diamantschicht der Erfindung kann an einem Diamantsubstrat befestigt sein, (sei es ein synthetisches, natürliches oder ein CVD-Diamant-Substrat). Die Vorteile dieser Vorgehensweise umfassen die Bereitstellung einer größeren Gesamtdicke, wenn die Dicke die Anwendung beschränkt, oder die Bereitstellung eines Trägers für eine CVD-Schicht, deren Dicke durch die Verarbeitung herabgesetzt wurde. Darüber hinaus kann die CVD- Diamantschicht der Erfindung eine Schicht in einem Bauteil aus vielen Schichten bilden, wenn andere Diamantschichten, zum Beispiel dotiert werden, um einen elektrischen Kontakt oder elektrische Verbindungen zu der Diamantschicht bereitzustellen, oder lediglich vorhanden sind, um einen Träger für die Diamantschicht bereitzustellen.
Es ist wichtig für die Herstellung von dicken Einkristall-CVD-Diamantschichten von hoher Qualität, dass das Wachstum auf der Diamantoberfläche stattfindet, welche im Wesentlichen frei von Kristalldefekten ist. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "Defekte" in erster Linie Dislokationen, andere Kristalldefekte und Mikrobrüche, schließt jedoch auch Zwillingsbereiche, Punktdefekte, Bereiche von niedrigem Winkel und jede andere Unterbrechung des Kristallgitters ein. Vorzugsweise ist das Substrat ein niedrig doppelt brechender, natürlicher Diamant vom Typ Ia oder IIb, ein synthetischer Hochdruck/Hochtemperatur-Diamant vom Typ Ib oder IIa oder ein mit CVD synthetisierter Einkristall-Diamant.
Die Defektdichte wird am leichtesten durch optische Bewertung nach Anwendung einer Plasmaätzung oder einer chemischen Ätzung charakterisiert, die dafür optimiert ist, die Defekte zu offenbaren (nachfolgend als offenbarende Plasmaätzung bezeichnet (revealing plasma etch)), zum Beispiel unter Verwendung einer kurzen Plasmaätzung von der nachfolgend beschriebenen Art. Zwei Arten von Defekten können offenbart werden:

1) Solche, die der Qualität des Substratmaterials innewohnen. Bei ausgewähltem natürlichem Diamant kann die Dichte dieser Defekte 50/mm² betragen, wobei die stärker charakteristischen Werte bei 10²/mm² liegen, während sie bei anderen 10⁶/mm² oder mehr betragen kann.
2) Solche, die vom Polieren herrühren, einschließlich der Dislokationsstrukturen und der Mikrobrüche in Form von „Ratterspuren" („chatter tracks") entlang der Polierlinien. Deren Dichte kann in beträchtlicher Weise über eine Probe schwanken, mit typischen Werten im Bereich von etwa 10²/mm², bis zu mehr als 10⁴/mm² in schlecht polierten Bereichen oder Proben.

Die bevorzugte geringe Dichte der Defekte ist also von solcher Art, dass die Dichte der Ätzmerkmale auf der Oberfläche, welche zu den Defekten in Beziehung steht, wie vorstehend beschrieben, weniger als 5 × 10³/mm², und stärker bevorzugt weniger als 10²/mm² beträgt.
Der Grad der Defekte auf und unterhalb der Oberfläche des Substrats, auf der das CVD-Wachstum stattfindet, kann somit durch sorgfältige Herstellung des Substrats minimiert werden. In diesem Fall schließt die Herstellung jedes Verfahren ein, das auf das Material angewendet wird, von der Gewinnung aus der Mine (im Falle eines natürlichen Diamanten) oder der Synthese (im Falle eines synthetischen Materials), da jeder Schritt die Defektdichte innerhalb des Materials an jener Ebene beeinflussen kann, welche schließlich die Substratoberfläche bilden wird, wenn die Verarbeitung, ein Substrat auszubilden, vollständig ist. Besondere Verarbeitungsschritte können herkömmliche Diamantbearbeitungsverfahren umfassen, wie zum Beispiel mechanisches Sägen, das Läppen (lapping) und Polierbedingungen, und weniger übliche Technologien, wie zum Beispiel die Laserverarbeitung oder Ionenimplantation und Abhebetechnologien (lift off techniques), chemisch/mechanisches Polieren und Technologien sowohl zur Flüssigkeits- als auch Plasma-chemischen Verarbeitung. Darüber hinaus sollte die Oberfläche R_A (arithmetisches Mittel der absoluten Abweichung des Oberflächenprofils, gemessen durch ein Stylus-Profilometer, vorzugsweise über 0,08 mm Länge) minimiert werden, typische Werte vor jeder Plasmaätzung sind wenige Nanometer, d.h. weniger als 10 nm.
Ein spezifisches Verfahren zur Minimierung des Oberflächenschadens des Substrats besteht darin, eine in situ Plasmaätzung auf der Oberfläche zu umfassen, auf der das homoepitaxiale Diamantwachstum erfolgen soll. Im Prinzip braucht diese Ätzung nicht in situ zu erfolgen, noch unmittelbar vor dem Wachstumsprozess, jedoch wird der größte Nutzen erreicht, wenn es in situ durchgeführt wird, da es jegliches Risiko eines weiteren physikalischen Schadens oder einer chemischen Verunreinigung vermeidet. Eine in situ Ätzung ist auch im Allgemeinen sehr günstig, wenn der Wachstumsprozess auf Plasmabasis erfolgt. Die Plasmaätzung kann ähnliche Bedingungen für die Abscheidung und den Diamantwachstumsprozess verwenden, jedoch bei Abwesenheit von jeglichem Kohlenstoff enthaltenden Quellengas und im Allgemeinen bei einer leicht niedrigeren Temperatur, um eine bessere Kontrolle der Ätzrate zu ermöglichen. Zum Beispiel kann sie aus einem oder mehreren der folgenden Schritte bestehen:

(i) eine Sauerstoffätzung, wobei hauptsächlich Sauerstoff verwendet wird, ggf. mit einer kleinen Menge an Ar, und einer erforderlichen geringen Menge an O₂. Typische Bedingungen für die Sauerstoffätzung sind Drücke von 50 – 450 × 10² Pa, ein Ätzgas, das einen Sauerstoffgehalt von 1 bis 4% enthält, einen Argongehalt von 0 bis 30%, und der Rest ist Wasserstoff, alle Prozentangaben beziehen sich auf das Volumen, mit einer Substrattemperatur von 600–1.100°C (noch besser 800°C) und eine typische Dauer von 3–60 Mi nuten.
(ii) eine Wasserstoffätzung, welche ähnlich zu (i) ist, wo jedoch der Sauerstoff fehlt.
(iii) alternative Verfahren für die Ätzung, die nicht ausschließlich auf Argon, Wasserstoff und Sauerstoff basieren, können verwendet werden, zum Beispiel jene, die Halogene, andere Inertgase oder Stickstoff verwenden.

Typischerweise besteht die Ätzung aus einer Sauerstoffätzung, gefolgt von einer Wasserstoffätzung, und anschließend folgt als nächster Schritt unmittelbar die Synthese durch Einführung eines Kohlenstoff-Quellengases. Die Ätzzeit/Temperatur wird ausgewählt, um es zu ermöglichen, dass jeglicher verbleibender Oberflächenschaden von der Verarbeitung entfernt wird, und dass jegliche Oberflächenverunreinigungen entfernt werden, ohne jedoch eine hochgradig aufgerauhte Oberfläche zu bilden, und ohne ausgiebig entlang der ausgedehnten Defekte (wie zum Beispiel Dislokationen) zu ätzen, welche die Oberfläche durchschneiden und somit tiefe Vertiefungen verursachen. Da die Ätzung aggressiv ist, ist es für diesen Schritt besonders wichtig, dass die Gestaltung der Kammer und die Auswahl des Materials für ihre Bestandteile so erfolgen, dass kein Kammermaterial durch das Plasma in die Gasphase oder auf die Substratoberfläche übertragen wird. Die Wasserstoffätzung, gefolgt von der Sauerstoffätzung, ist weniger spezifisch für Kristalldefekte und rundet die Kantigkeiten, welche durch die Sauerstoffätzung verursacht werden, (welche solche Defekte in aggressiver Weise angreift) ab, und liefert eine glattere, bessere Oberfläche für das nachfolgende Wachstum.
Die Fläche der Oberflächen der Diamantsubstrate, auf denen das CVD-Diamantwachstum erfolgt, sind vorzugsweise die {100}, {110}, {113} oder {111} Oberflächen. Aufgrund der Beschränkungen des Verfahrens kann die tatsächliche Orientierung der Probenoberfläche von diesen Orientierungen um bis zu 5° abweichen, und in manchen Fällen bis zu 10°, obwohl dies wenig wünschenswert ist, da es die Reproduzierbarkeit in ungünstiger Weise beeinflusst.
Bei dem Verfahren der Erfindung ist es ebenso wichtig, dass der Gehalt an Verunreinigungen der Umgebung, in der das CVD-Wachstum erfolgt, genau kontrolliert wird. Insbesondere muss das Diamantwachstum in Gegenwart einer Atmosphäre stattfinden, die im Wesentlichen keinen Stickstoff enthält, d.h. weniger als 300 ppb (ppb, als eine molekulare Fraktion des gesamten Gasvolumens), und vorzugsweise weniger als 100 ppb. Die Rolle des Stickstoffs in der Synthese von CVD-Diamant, insbesondere polykristallinem CVD-Diamant, wurde in der Literatur beschrieben. In diesen Beschreibungen wurde zum Beispiel bemerkt, dass ein Stickstoffgehalt in der Gasphase von 10 ppm oder mehr die relativen Wachstumsraten zwischen den {100} und den {111} Flächen mit einer Zunahme in der Wachstumsrate insgesamt, und in manchen Fällen in der Qualität, modifiziert. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass für bestimmte Verfahren zur CVD-Diamantsynthese geringe Stickstoffgehalte unterhalb von wenigen ppm verwendet werden können. Jedoch offenbart keines dieser beschriebenen Verfahren Verfahren zur Stickstoffanalyse, welche ausreichend empfindlich sind, um sicherzustellen, dass der Stickstoffgehalt im Wesentlichen unterhalb von 1 ppm und im Bereich von 300 oder weniger ppb liegt. Die Messungen der Stickstoffgehalte von solch niedrigen Werten erfordern eine ausgeklügelte Überwachung, wie zum Beispiel jene, die erreicht werden kann, beispielsweise mittels Gaschromatographie. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens wird nachfolgend beschrieben:

(1) Stand der Technik der Standard-Gaschromatographie (GC) besteht aus: Ein Gasprobenstrom wird von der interessanten Stelle unter Verwendung einer Probenleitung mit enger Bohrung extrahiert, die für eine maximale Fließgeschwindigkeit und ein minimales Totvolumen optimiert ist, und durch die Probenspule der Gaschromatographie geleitet, ehe er zum Abfall weitergeleitet wird. Die GC-Probenspule ist ein Abschnitt einer aufgewickelten Leitung, welche ein festes und bekanntes Volumen besitzt (typischerweise 1 cm³ für die Standardeinspritzung unter atmosphärischem Druck), welche von ihrer Stellung in der Probenleitung auf die Trägergasleitung (hochreines He) umgeschaltet werden kann, welche in die Säulen für die Gaschromatographie führen. Dies bringt eine Gasprobe von bekanntem Volumen in den Gasfluss, der in die Säule eintritt; im Stand der Technik wird dieses Verfahren Probeneinspritzung genannt. Die eingespritzte Probe wird durch das Trägergas durch die erste GC-Säule befördert (gefüllt mit einem Molekularsieb, das für die Trennung einfacher organischer Gase optimiert ist) und wird teilweise getrennt, jedoch verursacht die hohe Konzentration der überwiegenden Gase (primary gases) (zum Beispiel H₂, Ar) eine Sättigung der Säule, welche eine vollständige Trennung des Stickstoffs schwierig macht. Der relevante Abschnitt des Abstroms aus der ersten Säule wird anschließend auf den Zustrom einer zweiten Säule umgeschaltet, und dadurch wird vermieden, dass die Mehrheit der anderen Gase durch die zweite Säule geleitet wird, so dass eine Sättigung der Säule vermieden wird und eine vollständige Trennung des zu bestimmenden Gases (N₂) möglich wird. Dieses Verfahren wird „Herz-Ausschneiden" („heart-cutting") genannt. Der ausströmende Fluss der zweiten Säule wird durch einen Entladungs-Ionisationsdetektor (discharge ionisation detector; DID) geleitet, welcher die Zunahme des Kriechstroms durch das Trägergas nachweist, der durch das Vorhandensein der Probe verursacht wird. Die chemische Identität wird bestimmt durch die Verweilzeit des Gases, welche durch Standardgasmischungen geeicht wird. Die Reaktion des DID ist über mehr als fünf Größenordnungen linear, und sie wird durch Verwendung einer speziellen geeichten Gasmischung geeicht, typischerweise im Bereich von 10 – 100 ppm, welche durch gravimetrische Analyse erfolgt und anschließend durch den Lieferanten bestätigt wird. Die Linearität des DID kann durch sorgfältige Verdünnungsexperimente bestätigt werden.
(2) Dieser bekannte Stand der Technik der Gaschromatographie wurde weiter modifiziert und für diese Anwendung wie folgt entwickelt: Die hier analysierten Verfahren arbeiten typischerweise bei 70 – 500 × 10² Pa. Der normale GC-Betrieb verwendet einen Überdruck über dem atmosphärischen Druck des Quellengases, um das Gas durch die Probenleitung zu befördern. In diesem Fall wird die Probe durch Verbinden einer Vakuumpumpe am Auslass-Ende der Leitung befördert und die Probe wird unterhalb von atmosphärischem Druck hindurchbefördert. Während jedoch das Gas durch die Leitung strömt, kann die Impedanz einen signifikanten Druckabfall in der Leitung verursachen, welcher die Eichung und die Empfindlichkeit beeinflusst. Infolge dessen wird zwischen der Probenspule und der Vakuumpumpe ein Ventil angeordnet, welches über einen kurzen Zeitraum geschlossen wird, ehe die Probeneinspritzung erfolgt, um zu ermöglichen, dass sich der Druck an der Probenwicklung stabilisiert und durch eine Druckeichung gemessen wird. Um zu gewährleisten, dass eine ausreichende Masse einer Gasprobe eingespritzt wird, wird das Volumen der Probenspule auf etwa 5 cm³ vergrößert. In Abhängigkeit von der Gestaltung der Probenleitung kann diese Technologie effizient bis zu einem Druck von etwa 70 × 10² Pa herab betrieben werden. Die Eichung der GC hängt von der Masse der eingespritzten Probe ab, die größte Genauigkeit wird durch Eichung der GC unter Verwendung desselben Probendrucks wie jenem Druck erhalten, der von der zu analysierenden Probe erhältlich ist. Sehr hohe Standards an Vakuum und in der Praxis der Gashandhabung müssen eingehalten werden, um zu gewährleisten, dass die Messungen richtig erfolgen. Der Punkt der Probennahme kann oberhalb der Synthesekammer liegen, um die ankommenden Gase zu charakterisieren, innerhalb der Kammer, um die Kammerumgebung zu charakterisieren, oder hinter der Kammer, um im schlimmsten Fall einen Wert der Stickstoffkonzentration innerhalb der Kammer zu messen.

Das Quellengas kann jedes beliebige, im Stand der Technik Bekannte sein, und es wird ein Kohlenstoff enthaltendes Material enthalten, welches unter Erzeugung von Radikalen oder anderen reaktiven Spezies dissoziiert. Die Gasmischung wird im Allgemeinen ebenso Gase enthalten, die geeignet sind, Wasserstoff oder ein Halogen in atomarer Form bereitzustellen.
Die Dissoziation des Quellengases wird vorzugsweise unter Verwendung von Mikrowellenenergie in einem Reaktor durchgeführt, der ein beliebiger, im Stand der Technik Bekannter sein kann. Jedoch sollte die Übertragung von jeglichen Verunreinigungen aus dem Reaktor minimiert werden. Ein Mikrowellensystem kann verwendet werden, um zu gewährleisten, dass das Plasma von allen Oberflächen ferngehalten wird, mit Ausnahme der Substratoberfläche, auf der das Diamantwachstum erfolgen soll und ihrer Befestigung. Beispiele von bevorzugten Befestigungsmaterialien sind: Molybdän, Wolfram, Silizium und Siliziumcarbid. Beispiele von bevorzugten Materialien für die Reaktorkammer sind: rostfreier Stahl, Aluminium, Kupfer, Gold und Platin.
Eine hohe Leistungsdichte des Plasmas sollte verwendet werden, welche sich aus einer hohen Mikrowellenleistung (typischerweise 3–60 kW, für Substratdurchmesser von 50–150 mm) und hohen Gasdrücken (50 – 500 × 10² Pa, und vorzugsweise 100 – 450 × 10² Pa) ergibt.
Mittels der vorstehend erwähnten, bevorzugten Bedingungen wurde es möglich, Einkristall-CVD-Diamantschichten von hoher Qualität und von mehr als 2 mm Dicke (zum Beispiel 3,4 mm dick) herzustellen, und aus diesen Schichten synthetische, geschnittene Steine von hoher Qualität in Form von Edelsteinen herzustellen, in denen drei orthogonale Abmessungen 2 mm übersteigen (zum Beispiel ein runder Brilliant von 0,31 ct, 2,6 mm Höhe, 4,3 mm Kranzdurchmesser (girdle diameter)).
Beispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
BEISPIEL 1
Substrate, die für die Synthese einer Schicht aus CVD-Diamant der Erfindung geeignet sind, können wie folgt hergestellt werden:

i) Die Auswahl des Ausgangsmaterials (natürliche Steine vom Typ Ia und HPHT-Steine vom Typ Ib) wurden auf der Grundlage der mikroskopischen Untersuchung und der doppelt lichtbrechenden Bildgebung optimiert, um Substrate zu identifizieren, welche frei von Spannung und Fehlstellen sind.
ii) Lasersägen, Läppen und Polierprozesse wurden verwendet, um Defekte unterhalb der Oberfläche zu minimieren, unter Verwendung eines Verfahrens einer offenbarenden Plasmaätzung (revealing plasma etch), um den Grad der Defekte zu bestimmen, die durch die Verarbeitung eingebracht werden.
iii) Es war möglich, routinemäßig Substrate herzustellen, in denen die Dichte der Defekte, die nach der offenbarenden Ätzung messbar waren, in erster Linie von der Materialqualität abhängig ist und unterhalb von 5 × 10³/mm² liegt, und im Allgemeinen unterhalb von 10²/mm². Die durch dieses Verfahren hergestellten Substrate wurden anschließend für die weitere Synthese verwendet.

Einen synthetischen Hochtemperatur/Hochdruck-Diamanten vom Typ Ib lies man unter hohem Druck wachsen, und er wurde als eine Platte unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellt, um Defekte unterhalb der Oberfläche zu minimieren. Die Platte war am Ende 5,8 mm × 4,9 mm × 1,6 mm dick, wobei alle Flächen {100} waren. Die Rauhigkeit der Oberfläche an dieser Stelle betrug weniger als 1 nm R_A. Dieses Substrat (Substrat 1a) wurde befestigt, zusammen mit einem zweiten, ähnlich hergestellten Substrat (Substrat 1b), auf einem Wolframsubstrat, unter Verwendung eines Hochtemperatur-Lots, das für Diamant geeignet ist. Dieses wurde in den Reaktor eingeführt, und ein Ätz- und Wachstumszyklus wurde, wie vorstehend beschrieben, gestartet, und insbesondere:

1) Der Reaktor wurde mit einem Reinigungsmittel an der Stelle der Verwendung ausgestattet, welche die Stickstoffwerte im eintretenden Gasstrom auf weniger als 80 ppb reduzierten, wie durch das vorstehend beschriebene, modifizierte GC-Verfahren bestimmt.
2) Eine Sauerstoffplasmaätzung in situ wurde unter Verwendung von 30/150/1200 sccm (Standardkubikzentimeter pro Sekunde) von O₂/Ar/H₂ bei 237 × 10² Pa und einer Substrattemperatur von 849°C durchgeführt.
3) Dieses gelangte ohne Unterbrechung in eine Wasserstoffätzung bei 830°C mit Entfernung des O₂ aus dem Gasstrom.
4) Dieses gelangte in den Wachstumsprozess durch die Zugabe der Kohlenstoffquelle, welche in diesem Fall CH₄ bei 30 sccm war. Die Wachstumstemperatur bei diesem Schritt betrug 822°C.
5) Die Atmosphäre, in der das Wachstum stattfand, enthielt weniger als 100 ppb Stickstoff, wie durch das vorstehend beschriebene, modifizierte GC-Verfahren bestimmt.
6) Zur Vervollständigung der Wachstumsperiode wurden zwei Substrate aus dem Reaktor entfernt. Eine CVD-Schicht von 3,4 mm Dicke wurde vom Substrat (1a) gelöst und als ein geschnittener, synthetischer CVD-Diamant in Form eines runden Brilliant-Edelsteins für experimentelle Zwecke unter Verwendung von Standardtechnologien zur Edelsteinherstellung hergestellt. Dieser geschnittene, synthetische Stein hatte eine Höhe (von der flachen Fläche ganz oben bis zu einer winzigen Fläche ganz unten; table to culet) von 2,62 mm und ein Gewicht von 0,31 ct. Die CVD-Schicht von dem Substrat (1b) wurde verwendet, um eine CVD-Platte für solche Elemente herzustellen, deren Charakterisierung in quantitativer Weise auf einem runden Brillianten schwierig durchzuführen ist.
7) Die synthetisierten CVD-Schichten wurden anschließend weiter charakterisiert, indem die folgenden Daten erhalten wurden, welche nachfolgend sowie in den anhängenden 1 bis 5 bereitgestellt werden. (Die CVD-Schichten nehmen auf die Bezugszeichen der Substrate Bezug, auf denen sie gewachsen sind.):
i) Der Sammelabstand der Platte (1b) wurde zu mehr als 400 μm gemessen.
ii) Der spezifische Widerstand der Platte (1b) bei einem angelegten Feld von 50 V/μm überstieg 1 × 10¹⁴ Ω cm.
iii) Das Raman/Fotolumineszenz-Spektrum des geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (1a) bei 77 K, angeregt unter Verwendung eines Lichts von 514 nm aus einem Argonionen-Laser wurde von der Ramanlinie dominiert (1). Die Null-Phononenlinie bei 575 nm war äußerst schwach und das Verhältnis seiner Peak-Intensität zur Intensität des Raman-Peaks betrug annähernd 1:7800.
iv) Die Raman-FWHM-Linienbreite der Diamantlinie bei 1332 cm^–1 für den geschnittenen, synthetischen CVD-Stein (1a) betrug 1,52 cm^–1 (gemessen bei Laseranregung mit 514 nm) (2).
v) Das CL-Spektrum, aufgezeichnet bei 77 K, für den geschnittenen, synthetischen CVD-Stein (1a) wurde durch eine äußerst starke Emission freier Excitonen bei 235 nm dominiert (3).
vi) Das optische Absorptionsspektrum der optischen Platte (1b) zeigte keine extrinsischen Absorptionsmerkmale und die gemessene Absorption bei 240 nm wurde nur durch die Reflexionsverluste begrenzt, die für Diamant zu erwarten sind (4).
vii) EPR-Spektren des geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (1a) wurden mit einem Bruker X-Band (9,5 GHz) Spektrometer bei Raumtemperatur aufgezeichnet. Kein einziger substituierter Stickstoff konnte nachgewiesen werden (P1 EPR Zentrum) mit einer Nachweisgrenze von 0,014 ppm. Bei hohen Leistungen konnte eine schwache, breite Linie nahe bei g = 2,0028 beobachtet werden, welche eine obere Grenze für die Spindichte von 1, 6 × 10¹⁵ cm^–3 setzt (5).

BEISPIEL 2
Das in Beispiel 1 dargestellte Verfahren wurde wiederholt mit der folgenden Variation in den Bedingungen:
Zwei Substrate wurden hergestellt, indem das Verfahren für niedrige Defekte unter der Oberfläche wie in Beispiel 1 beschrieben verwendet wurde. Das Substrat (2a) für den geschnittenen, synthetischen CVD-Stein war 6,8 mm × 6,65 mm × 0,71 mm dick, wobei alle Flächen {100} waren. Wiederum wurde ein zusätzliches, ähnliches Substrat (2b) für die Herstellung einer optischen Platte verwendet.
Die Sauerstoffätzung wurde bei 780°C für 30 Minuten und einer Nettoleistung von 7,8 kW durchgeführt.
Die Wasserstoffätzung wurde bei 795°C für 30 Minuten durchgeführt.
Das Wachstum erfolgte mit 32 sccm CH₄, das zugegeben wurde, bei einer Temperatur von 840°C.
Die Atmosphäre während des Wachstums enthielt < 100 ppb N₂.
Zur Vervollständigung des Wachstums war die CVD-Schicht aus dem Substrat (2a) 2,75 mm dick. Diese Schicht wurde als ein geschnittener, synthetischer CVD-Diamant in Form eines runden Brilliant-Edelsteins für experimentelle Zwecke unter Verwendung herkömmlicher Technologien für die Edelsteinverarbeitung verarbeitet. Der geschnittene, synthetische CVD-Stein hatte am Ende ein Gewicht von 0,3 ct und besaß eine Farb- und Qualitätsbewertung, die dem E und VS1 äquivalent ist, wobei das Standard-Bewertungssystem für Diamanten verwendet wurde.
Der geschnittene, synthetische CVD-Stein (2a) und die optische Platte (2b) wurden ferner durch die Daten charakterisiert, welche nachfolgend und in den anhängenden Figuren bereitgestellt werden.

(i) Der Sammelabstand der Platte (2b) wurde zu mehr als 400 μm gemessen.
(ii) Der spezifische Widerstand der Platte (2b) bei einem angelegten Feld von 50 V/μm überstieg 1 × 10¹⁴ Ω cm.
(iii) Das Raman/Fotolumineszenz-Spektrum des geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (2a) bei 77 K, angeregt unter Verwendung von Licht aus einem Argonionen-Laser bei 514 nm wurde von der Ramanlinie (6) dominiert. Die Null-Phononenlinie bei 575 nm war schwach und das Verhältnis ihrer Peak-Intensität zur Intensität des Raman-Peaks war annähernd 1:28. Die Linienbreite des Raman-Peaks (FWHM) betrug 1,54 cm^–1 (7).
(iv) Das CL-Spektrum, aufgezeichnet bei 77 K, eines geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (2a) wurde durch die äußerst starke Emission freier Excitonen bei 235 nm dominiert (8).
(v) Das optische Absorptionsspektrum der optischen Platte (2b) zeigte keine extrinsischen Absorptionsmerkmale und die gemessene Absorption wurde lediglich durch die Reflexionsverluste begrenzt, die für Diamant zu erwarten sind (9).
(vi) EPR-Spektren eines geschnittenen, synthetisierten CVD-Steins (2a) wurden mit einem Bruker X-Band (9,5 GHz) Spektrometer bei Raumtemperatur aufgezeichnet. Kein einziger substituierter Stickstoff konnte nachgewiesen werden (P1 EPR Zentrum) mit einer Nachweisgrenze von 0,014 ppm. Bei hohen Leistungen konnte eine schwache, breite Linie nahe bei g = 2,0028 beobachtet werden, welche eine obere Grenze für die Spindichte von 1,6 × 10¹⁵ cm^–3 setzt (10).

BEISPIEL 3
Einen synthetischen Hochtemperatur/Hochdruck-Diamant vom Typ Ib lies man in einer Hochdruckpresse wachsen, und er wurde unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt, um eine polierte Platte mit geringen Schäden unterhalb der Oberfläche zu bilden. Die Rauhigkeit der Oberfläche bei diesem Schritt betrug weniger als 1 nm R_A. Das Substrat wurde unter Verwendung eines Hochtemperatur-Lots, das für Diamant geeignet ist, auf einem Wolframsubstrat befestigt. Dieses wurde in den Reaktor eingeführt und ein Wachstumszyklus wie vorstehend beschrieben wurde gestartet und insbesondere:

1) Der Reaktor wurde mit Reinigungsmitteln an der Stelle der Verwendung ausgestattet, welche den Stickstoffgehalt im Eingangsgasstrom auf unter 80 ppb reduzierten, wie durch das vorstehend beschriebene, modifizierte GC-Verfahren bestimmt.
2) Der Plasmaprozess wurde als eine Sauerstoffätzung unter Verwendung von 15/75/600 sccm von O₂/Ar/H₂ bei einem Druck von 333 × 10² Pa gestartet. Diesem folgte eine Wasserstoffätzung unter Verwendung von 75/600 sccm Ar/H₂. Das Wachstum wurde durch die Zugabe einer Kohlenstoffquelle gestartet, die in diesem Fall CH₄ war, und mit 30 sccm hindurchfloss. Die Wachstumstemperatur bei diesem Schritt betrug 780°C.
3) Die Atmosphäre, in welcher das Wachstum stattfand, enthielt weniger als 100 ppb Stickstoff, wie durch das vorstehend beschriebene, modifizierte GC-Verfahren bestimmt.
4) Zur Vervollständigung der Wachstumsperiode wurde das Substrat aus dem Reaktor entfernt, und die CVD-Diamantschicht, 3,2 mm dick, wurde von dem Substrat entfernt.
5) Das Produkt μτ, gemessen bei 300 K, unter Verwendung der Beziehung von Hecht, wie vorstehend beschrieben, betrug 3,3 × 10^–3 cm²/V bzw. 1,4 × 10^–3 cm²/V für Elektronen bzw. Löcher, mit einem durchschnittlichen Produkt μτ von etwa 2,3 × 10^–3 cm²/V.
6) Ein Flugzeitexperiment, das durch die Raumladung begrenzt war, maß die Elektronenbeweglichkeit, μ_e, zu 4000 cm²/Vs bei einer Probentemperatur von 300 K.
7) Ein Flugzeitexperiment, das durch die Raumladung begrenzt war, maß die Lochbeweglichkeit, μ_h, zu 3800 cm²/Vs bei einer Probentemperatur von 300 K.
8) SIMS-Messungen zeigten, dass es keinen Hinweis für irgendeine einzige Verunreinigung gibt, die in Konzentrationen von mehr als 5 × 10¹⁶ cm^–3 vorhanden ist (ausgenommen H und seine Isotope).

Der gemessene, spezifische Widerstand betrug mehr als 2 × 10¹³ Ω cm bei einer angelegten Spannung von 50V/μm, wie bei 300 K gemessen. Die Durchbruchspannung überstieg 100 V/μm.
BEISPIEL 4
Das im Beispiel 3 dargestellte Verfahren wurde wiederholt, um eine weitere Diamantschicht herzustellen. Verschiedene Eigenschaften dieser Schicht (erhalten bei 300 K) sowie der Schichten der Beispiele 1 bis 3 sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

* = Mindestwert, begrenzt durch die Probendicke

FIGUREN
1: Raman/Fotolumineszenz-Spektrum eines geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (1a), aufgezeichnet bei 77 K, mit Anregung bei 514 nm durch einen Argonionenlaser.
2: Ramanspektrum eines geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (1a) bei Raumtemperatur (Anregung bei 514 nm durch einen Argonionen-Laser), das eine Linienbreite eines Raman-Peaks (FWHM) von 1,52 cm^–1 zeigt.
3: Kathodenlumineszenzspektren, aufgezeichnet bei 77 K, von zwei Stellen auf dem geschnittenen, synthetischen CVD-Stein (1a), die eine starke Emission freier Excitonen bei 235 nm zeigen.
4: UV-Absorptionsspektrum einer optischen Platte (1b).
5: X-Band (9,5 GHz) EPR-Spektren, aufgenommen bei Raumtemperatur von einem geschnittenen, synthetischen CVD-Stein (1a), welche die Abwesenheit von P1 sowie der schwachen, breiten Linie nahe bei g = 2,0028 zeigen, die bei hohen Leistungen beobachtet werden konnte. Man bemerke, dass die Skala des Plots für diese Probe 10.000-fach größer ist als jene der Referenzprobe.
6: Raman/Fotolumineszenz-Spektrum eines geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (2a), aufgezeichnet bei 77 K, mit Anregung bei 514 nm durch einen Argonionen-Laser.
7: Ramanspektrum eines geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (2a) bei Raumtemperatur (Anregung bei 514 nm durch einen Argonionen-Laser), der eine Linienbreite eines Ra man-Peaks (FWHM) von 1,54 cm^–1 zeigt.
8: CL-Emissionsspektrum freier Excitonen, aufgezeichnet bei 77 K, von einem geschnittenen, synthetischen CVD-Stein (2a).
9: UV/sichtbares Absorptionsspektrum einer optischen Platte (2b).
10: Bruker X-Band (9,5 GHz) EPR-Spektren eines geschnittenen, synthetischen CVD-Steins (2a), aufgenommen bei Raumtemperatur, welche die Abwesenheit von P1 sowie der schwachen, breiten Linie nahe bei g = 2,0028 zeigen, die bei hohen Leistungen beobachtet werden konnte. Man bemerke, dass die Skala des Plots für diese Probe 10.000-fach größer ist als jene der Referenzprobe.

Claims

Schicht eines Einkristall CVD Diamanten von hoher Qualität mit einer Dicke von mindestens 2 mm und mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften: 1) einem hohen Ladungssammel-Abstand bei 300 K von mindestens 100 μm, gemessen bei einem angelegten Feld von 1 V/μm; 2) einem hohen Wert für das Produkt der durchschnittlichen Trägerbeweglichkeit und der Lebenszeit μτ, so dass es 1,0 × 10⁶ cm²/V bei 300 K übersteigt; 3) einer Elektronenbeweglichkeit (μ_e), gemessen bei 300 K, von mehr als 2400 cm²V^–1s^–1; 4) einer Lochbeweglichkeit (μ_h), gemessen bei 300 K, von mehr als 2100 cm²V^–1s^–1; und 5) in einem abgeschalteten Zustand, einem spezifischen Widerstand bei 300 K von mehr als 10¹² Ω cm bei einem angelegten Feld von 50 V/μm.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach Anspruch 1 mit einer Dicke von mehr als 2,5 mm.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach Anspruch 1 mit einer Dicke von mehr als 3 mm.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der einen Ladungssammel-Abstand bei 300 K von mehr als 150 μm besitzt.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der einen Ladungssammel-Abstand bei 300 K von mehr als 400 μm besitzt.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem spezifischen Widerstand bei 300 K von mehr als 2 × 10¹³ Ω cm.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem spezifischen Widerstand bei 300 K von mehr als 5 × 10¹⁴ Ω cm.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Elektronenbeweglichkeit bei 300 K von mehr als 3000 cm²V^–1s^–1.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Elektronenbeweglichkeit bei 300 K von mehr als 4000 cm²V^–1s^–1.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Lochbeweglichkeit bei 300 K von mehr als 2500 cm²V^–1s^–1.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer Lochbeweglichkeit bei 300 K von mehr als 3000 cm²V^–1s^–1.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem μτ bei 300 K, welches 1,5 × 10^–6 cm²/V übersteigt.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem μτ bei 300 K, welches 4 × 10^–6 cm²/V übersteigt.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der vorstehenden Ansprüche, der mindestens teilweise an ein Substrat angebracht ist.
Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 13, der mindestens teilweise an ein Diamantsubstrat angebracht ist.
Diamant in Form eines Edelsteins, der aus einer Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist.
Diamant, der in Form eines Edelsteins aus einer Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass er drei orthogonale Dimensionen von mehr als 2 mm besitzt, wobei mindestens eine Achse entweder entlang der <100> Kristallrichtung oder entlang der Hauptsymmetrieachse des Steins verläuft.
CVD Diamant nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass er drei orthogonale Dimensionen von mehr als 2,5 mm besitzt, wobei mindestens eine Achse entweder entlang der <100> Kristallrichtung oder entlang der Hauptsymmetrieachse des Steins verläuft.
CVD Diamant nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass er drei orthogonale Dimensionen von mehr als 3 mm besitzt, wobei mindestens eine Achse entweder entlang der <100> Kristallrichtung oder entlang der Hauptsymmetrieachse des Steins verläuft.
Verfahren zur Herstellung einer Schicht eines Einkristall CVD Diamanten nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend die Schritte der Bereitstellung eines Diamantsubstrats mit einer Oberfläche, welche im Wesentlichen frei von Kristalldefekten ist, die Bereitstellung eines Quellgases, die Dissoziation des Quellgases und die Möglichkeit des homoepitaxialen Diamantwachstums auf der Oberfläche, welche im Wesentlichen frei von Kristalldefekten ist, in einer Atmosphäre, welche weniger als 300 Teile pro Milliarde (ppb) Stickstoff enthält (300 parts per billion nitrogen).
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Substrat ein natürlicher, niedrig doppelt-lichtbrechender Typ Ia oder IIb, oder ein synthetischer Diamant vom Hochdruck/Hochtemperatur-Typ Ib oder IIa ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Substrat ein CVD synthetisierter Einkristall-Diamant ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Oberfläche, auf der das Diamantwachstum stattfindet, eine Dichte der Ätzmerkmale auf der Oberfläche von weniger als 5 × 10³/mm² besitzt, die zu den Fehlstellen in Beziehung stehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Oberfläche, auf der das Diamantwachstum stattfindet, eine Dichte der Ätzmerkmale auf der Oberfläche von weniger als 10²/mm² besitzt, die zu den Fehlstellen in Beziehung stehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei die Oberfläche, auf der das Diamantwachstum stattfindet, einer Plasmaätzung unterzogen wird, um die Oberflächenschäden auf der Oberfläche vor dem Diamantwachstum zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Plasmaätzung eine in situ Ätzung ist.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Plasmaätzung eine Sauerstoffätzung unter Verwendung eines Ätzgases ist, das Wasserstoff und Sauerstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Sauerstoff-Ätzbedingungen wie folgt lauten: ein Druck von 50 bis 450 × 10² Pa, ein Ätzgas, das einen Sauerstoffgehalt von 1 bis 4% und einen Argongehalt von bis zu 30% besitzt, wobei der Rest Wasserstoff ist, wobei sich alle Prozentangaben auf das Volumen beziehen, eine Substrattemperatur von 600 bis 1100°C und eine Ätzdauer von 3 bis 60 Minuten.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Plasmaätzung eine Wasserstoffätzung ist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Wasserstoff-Ätzbedingungen wie folgt lauten: ein Druck von 50 bis 450 × 10² Pa, ein Ätzgas, das Wasserstoff und bis zu 30 Volumen-% Argon enthält, eine Substrattemperatur von 600 bis 1100°C und eine Ätzdauer von 3 bis 60 Minuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, wobei die Oberfläche, auf der das Diamantwachstum stattfindet, sowohl einer Sauerstoffätzung als auch einer Wasserstoffätzung unterzogen wird, um die Schäden auf der Oberfläche vor dem Diamantwachstum zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Sauerstoffätzung eine Wasserstoffätzung folgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 32, wobei die Oberfläche R_A der Oberfläche, auf der das Diamantwachstum stattfindet, weniger als 10 nm vor jener Oberfläche ist, die der Plasmaätzung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 33, wobei das Diamantwachstum in einer Atmosphäre stattfindet, welche weniger als 100 Teile auf eine Milliarde (100 parts per billion, ppb) Stickstoff enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 34, wobei die Oberfläche, auf der das Diamantwachstum stattfindet, im Wesentlichen eine {100}, {110}, {113} oder {111} Oberfläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 35, wobei die Dissoziation des Quellgases unter Verwendung von Mikrowellenenergie stattfindet.