KR101455482B1 - 단결정 다이아몬드 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 경계를 이루고, 상기 1개 이상의 <100> 엣지의 길이는 상기 1개 이상의 <100> 엣지에 대해 직교하는 표면의 임의의 치수를 1.3:1 이상의 비율로 초과하는, (001) 주표면을 제공하는 제1 다이아몬드 기판을 제공하는 단계; 및 (b) 다이아몬드 물질이 상기 (001) 주표면에 대해 수직으로 및 이로부터 측방향으로 둘다 성장하는, 화학증착(CVD) 합성 조건하에서 상기 다이아몬드 물질의 (001) 주표면 상에서 다이아몬드 물질을 호모에피택셜 성장시키는 단계를 포함하는, 성장한 단결정 다이아몬드 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

단결정 다이아몬드 물질{SINGLE CRYSTAL DIAMOND MATERIAL}
본 발명은 화학적 증착(CVD)에 의해 단결정 다이아몬드 물질을 성장시키는 방법, 및 성장한 CVD 다이아몬드 물질 자체에 관한 것이다.
다이아몬드 물질은 광전송, 열전도성, 강성, 내마모성 및 이의 전기적 특성을 포함한, 광범위한 독특한 특성을 제공한다. 다이아몬드 물질의 여러가지 기계적 특성이 한가지 타입 이상의 다이아몬드 물질에서 실현될 수 있는 반면, 다른 특성은 사용되는 다이아몬드 물질의 타입에 매우 민감하다. 일부 용도의 경우, 예를 들어, 최선의 전기적 특성을 위해서는, CVD에 의해 성장시킨 다결정 다이아몬드 물질, 공지의 고압-고온(HPHT) 기술로 제조된 다이아몬드 물질, 및 천연 다이아몬드를 CVD에 의해 성장시킨 단결정 다이아몬드 물질이 능가할 수 있을 때, 이를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
CVD 공정으로 단결정 다이아몬드를 성장시키는데는 현존하는 다이아몬드 플레이트(plate) 상에서 다이아몬드 물질을 호모에피택셜 성장(homoepitaxially growing)시키는 단계를 전형적으로 수반한다. 이 방법은 "CVD 호모에피택셜 합성법"으로 공지되어 있으며, 선행 기술에 숙지되어 있다. 이는 전형적으로 탄소 공급원을 포함한, 가변량의 가스를 챔버중에 공급하는 단계, 및 상기 가스를 에너지화하는 단계, 및 탄소의 플라즈마를 현존하는 다이아몬드 플레이트의 상부(top)에서 생성시켜, 상기 플라즈마로부터 탄소 원자가 이 위에 침착되어 다이아몬드 물질을 형성하도록 하는 조건을 제공하는 단계를 포함한다. CVD 다이아몬드 물질이 성장하는 베이스 기판(base substrate)으로 작용할 현존하는 다이아몬드 플레이트는 천연 다이아몬드 물질이거나, 이들로부터 절단된 것이거나, 또는 제조된 HPHT 다이아몬드 플레이트이거나 이로부터 절단된 것이다. 통상적으로 상기 현존하는 다이아몬드 플레이트는 CVD 성장 챔버에서 전형적으로 몰리브덴, 텅스텐, 실리콘 또는 실리콘 카바이드로부터 형성된 기판 캐리어 위에 배치된다.
다이아몬드 베이스 기판은 전형적으로 성장 공정에 제공되어 성장이 일어나는 제1 주면(major face)을 포함한다. 상기 용어 "면(face)"은 평평하거나 실질적으로 평평한 표면을 의미한다. 성장이 일어나는 면을 베이스 기판의 "성장면(growth face)"이라 부른다. 전형적으로, 필수적인 것은 아니지만, 상기 베이스 기판은 상기 제1 주면과 거의 평행하며 플레이트의 두께인 수직 거리에 의해 이로부터 분리되어 있는 제2 주면을 포함하는 플레이트로, 상기 플레이트의 두께는 전형적으로 상기 주면의 측방향 치수보다 더 작으며, 통상 실질적으로 더 작다. 상기 제2 주면은 제1 주면을 성장 공정에 제공하기 위하여 베이스 기판을 장착하기 위한 편리한 수단을 제공한다. 주면은 면에 뉘여있는 2개의 직교 치수인, a, b(a≥b)가 다른 면에서의 2개의 직교 치수인, a1b1(a1≥b1)와 비교하여, 요구조건 (a≥a1) 및 (b≥b1)을 만족시키는 것으로 밝혀질 수 있는 것이다. 상기 사양에서 2개의 치수는 더 작은 것이 더 큰 것의 5% 이내일 때 대략 동등한 것으로 간주된다.
천연 및 HPHT 다이아몬드 베이스 기판의 성장면은 어떠한 형태를 가질 수 있다. 본 발명자들이 다이아몬드 베이스 기판의 성장면의 형태에 대해 이야기할 때 본 발명자들은 주위 표면에 의해 형성된 면의 2차원 윤곽을 언급하는 것으로, 상기 주위 표면은 성장 표면을 갖는 다른 표면의 교차에 의해 형성된다. HPHT 다이아몬드 베이스 기판은 예를 들어, 4개의 <100> 엣지(edge)를 갖는 직사각형 형태일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "직사각형"은 정사각형을 포함한다. 대안으로서, HPHT 다이아몬드 베이스 기판이 예를 들어, <100> 엣지와 동일하거나 상이할 수 있는, 4개의 <110> 측면에 의해 분리된 4개의 <100> 엣지를 갖는 팔각형일 수 있다. 때로는 천연 다이아몬드 또는 HPHT 다이아몬드 베이스 기판의 코너 또는 엣지가 손상되거나 소실될 수 있다. 전형적으로 CVD 기판으로 사용하기에 적합한 천연 다이아몬드 또는 HPHT 다이아몬드 베이스 기판은 성장용 주면을 제공하는데 이는 각 치수가 불과 수 ㎜로, 예를 들어 최단 및 최장 치수 범위가 1 내지 8 ㎜이다.
공지의 CVD 공정에서는 베이스 기판의 성장면이 다양한 결정학적 배위로 존재할 수 있다. 고품질 CVD 다이아몬드 물질의 성장용으로 사용되는 가장 통상적인 배위는 일반적으로 밀러 지수(Miller indices; 001)로 정의되는 평면(plane)이다. 본 명세서를 통하여, x, y 및 z축을 기본으로하는 평면을 정의하는 밀러 지수{hkl}는 z 방향이 기판의 성장면에 대해 수직이거나 수직의 15°이내 또는 10°이내 또는 6°이내, 또는 3°이내이고 성장 방향과 평행임을 추정하여 기재될 것이다. 이어서 상기 축 x와 y는 베이스 기판의 성장면의 평면내에 있으며, 일반적으로 대칭적으로 대등하다.
호모에피택셜 단결정 성장 중에, 특정의 결정학적으로 배향된 표면 상에서의 성장에 의해 형성된 물질을 일반적으로 그 표면에 대한 "성장 섹터(growth sector)"이라 칭한다. 예를 들어, (001) 표면 상에서의 성장에 의해 형성된 물질을 (001) 성장 섹터라 칭한다.
CVD 다이아몬드 물질 공정 중에는 주 성장 표면(전형적으로 (001) 표면)으로부터의 호모에피택셜 단결정 성장이 있다. 이러한 성장은 베이스 기판의 성장면에 대해 수직으로 일어날 뿐만 아니라 이로부터 측방향으로 확장될 수 있다. 그러므로 성장 공정이 일어남에 따라 CVD 성장된 다이아몬드 층의 후육화(thickening)와 베이스 다이아몬드 기판과 비교하여 상기 성장한 다이아몬드 층의 측방향 확장이 둘다 일어난다. 상기 측방향 성장은 주 성장 표면과 동일한 성장 섹터(통상의 경우 (001) 성장 섹터)일 수 있으며 이는 이어서 베이스 기판의 성장 표면의 것과 비교하여 측방향 영역으로 확대된다. 달리, 상기 측방향 성장은 상기 {113}과 같은 다른 성장 섹터일 수 있다. 상기 측방향 성장이 주 성장 표면과 동일한 성장 섹터 또는 상이한 섹터이든 아니든 성장 조건에 따른다.
주 성장 표면으로부터의 호모에피택셜 단결정 성장 이외에, 베이스 기판의 측면 표면으로부터 호모에피택셜 단결정 성장이 또한 일어난다. 따라서, 성장 표면이 (001) 표면인 전형적인 경우, 성장은 (001) 면에서 뿐만 아니라 측면 표면에서도 일어나며, 이는 정사각형 또는 직사각형 표면의 경우에서 예를 들어, {100} 표면일 수 있다. 성장하는 다이아몬드 단결정은 전형적으로 상이한 성장 양상으로 형성된 성장 면적 사이의 성장 섹터 경계면을 가로질러 연속적이다.
미국특허 제US6096129호에는 성장한 다이아몬드 물질이 출발 기판보다 더 큰 면적을 갖도록 기판 표면 위에서 다이아몬드 물질을 성장시키는 방법이 기재되어 있다. 상기 참고문헌에는 초기 단결정 다이아몬드 베이스 물질을 제공하는 것이 기재되는데, 이 베이스 물질 위에 단결정 다이아몬드 물질이 호모에피택셜 증착되어 다이아몬드 물질을 생성시키고 이를 절단하고 연마하여 연속 베이스 물질을 제공하여 이 위에 단결정 물질을 다시 성장시켜, 이에 의해 면적이 큰 단결정 다이아몬드 물질이 형성된다. 미국특허 제US6096129호의 도 4A 내지 4C에 최상의 실시예로 제시된 바와 같이, 초기 베이스 물질은 실질적으로 {100} 측면 표면을 갖는 정사각형이며, 성장은 상부 {001} 표면 위에서 주로 일어나고, 그 성장은 측방향으로 뿐만 아니라 상부 {001} 표면으로부터 수직으로도 일어나 상기 성장한 표면은 초기 베이스 물질의 치수와 비교하여 확대된 측방향 치수를 갖는다. 상기 성장된 다이아몬드 물질로부터 절단된 연속 베이스 물질은 횡단면에서 정사각형이다. 상기 정사각형의 측면은 초기 베이스 물질의 측면과 비교하여 45°회전하며, <110> 엣지를 갖는다. 상기 연속 베이스 물질의 정사각형 횡단면의 면적은 성장한 다이아몬드 물질에서 {111} 면의 잠식으로 인하여, 초기 베이스 물질의 정사각형 횡단면의 면적보다 2배 정도 작다. 이어서 상기 연속 베이스 물질을 추가 성장용으로 사용하여, 상기 추가 성장은 <110> 엣지로부터 일어나게 된다. 바람직한 성장 속도비 α(비율 [√3 x <001>에서의 성장 속도]÷[<111>에서의 성장 속도]로 정의되는 바와 같음)는 3:1 이상인 것으로 언급된다.
국제특허출원공개 제WO2004/027123혹(엘리멘트 식스 리미티드(Element Six Ltd))에는 기판 상에서 성장한 CVD 다이아몬드 물질로부터 단결정 다이아몬드 물질의 플레이트를 생산하는 대안적 방법에 기재되어 있는데, 상기 성장한 플레이트는 출발 기판보다 더 클 수 있다. 이 방법은 호모에피택셜 CVD 성장한 다이아몬드 물질과, 다이아몬드 물질 성장이 일어나 단결정 CVD 다이아몬드 물질의 판을 생산하게 되는 기판의 표면을 가로지르는, 위에서 성장이 일어나는 기판을 잘라내는 단계를 포함한다.
본 발명의 첫번째 양태는
(a) 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 경계를 이루고, 상기 1개 이상의 <100> 엣지의 길이가 상기 1개 이상의 <100> 엣지에 대해 직교하는 표면의 치수를 1.3:1 이상의 비율로 초과하는, (001) 주표면을 제공하는 제1 다이아몬드 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 다이아몬드 물질이 주 (001) 표면에 대해 수직으로 및 이로부터 측방향으로 둘다 성장하는 화학증착(CVD) 합성 조건하에서 상기 다이아몬드 물질의 (001) 주표면 상에서 다이아몬드 물질이 호모에피택셜 성장시키는 단계를 포함하는, 단결정 다이아몬드 물질을 성장시키는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에서 사용하기에 적합한 제1 다이아몬드 기판을 나타내는 투시도이다.
도 2a 내지 2e는 도 1의 기판으로부터 CVD 성장 공정에서의 연속적인 단계를 나타내는 평면도이다.
도 3 및 4는 각각 도 2d의 라인 X 및 Y를 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 2 내지 4에 나타낸 CVD 다이아몬드 물질 성장 공정 중 전위의 전파를 나타내는 개략적 도해이다.
도 6a는 도 2e에 나타낸 성장 단계에 상응하는 성장한 다이아몬드 결정의 평면도에서 취한 광학 현미경사진이고; 도 6b는 원래의 베이스 기판 제거 후, 평면도에서 취한, 도 6a에서 점선 Z로 표시된 구역의 복굴절 화상이며; 도 6c는 도 2e에 나타낸 성장 단계에 상응하는 다른 성장한 다이아몬드 결정의 평면도에서 취한 광학 현미경사진이고; 도 6d는 원래의 베이스 기판 제거 후, 도 6c의 성장한 다이아몬드 결정을 통하여 평면 배양에서 취한 {008} X-선 토포그래피(XRT 화상)이다.
도 7a 내지 7d 및 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 CVD 다이아몬드 물질 성장법을 사용하여 성장시킨 다이아몬드 물질의 전체 면적을 증가시키는 다른 방법을 나타내는 개략적 도해이다.
본 발명의 상기 방법에 따라서 제1 다이아몬드 기판은 성장용 주면(성장 표면)을 제공하는 베이스 기판을 제공한다. 상기 성장 표면은 (001) 표면으로 이는 필수적으로 선형이며 <100> 방향을 따라 배향되어 있는 성장 표면의 주변의 일부를 형성하는 엣지를 1개 이상 가지며, 이의 길이는 성장 표면내에 놓여있는 다른 수직 치수(따라서 <100> 방향이기도 함)를 1.3:1을 초과하는 비율로 초과하며, 달리 1.3으로 표기된다. 본 발명자들은 1개 이상의 <100> 엣지가 "임의의" 다른 수직 치수를 초과한다고 말할 때, 본 발명자들은 상기 1개 이상의 엣지에 대해 수직인 "각각 및 모든" 다른 치수를 의미한다. 따라서 <100> 방향에서의 1개 이상의 엣지는 최장 치수(상기 표면에서)가 1개 이상의 <100> 엣지에 대해 수직인 한 1.3배 이상이다.
(기판 표면의) 1개 이상의 <100> 엣지 대 이의 최장 수직 치수의 길이 비를 본 명세서에서는 표면의 종횡비(aspect ratio)라 언급한다. 상기 용어는 기판 표면의 형태와 상관없이 사용된다. 측면 길이 a, b(이때 a>b)를 갖는 직사각형 기판 표면의 경우 상기 종횡비는 a/b이다. 1.3:1 이상인, 본 발명의 방법에서 사용되는 제1 기판의 종횡비는 지금까지 기재된 CVD 성장 공정에서 사용되는 것보다 실질적으로 더 높고, 이때 정사각형 면을 갖는 기판(즉, 종횡비가 1인 것들)이 전형적으로 사용된다.
바람직하게는, 상기 제1 기판이 성장용 주면을 제공하며 이는 성장 표면의 주변의 일부를 형성하는 3개 이상의 엣지를 가지며, 이때 이들 엣지 각각은 필수적으로 선형이며 <100> 또는 <110> 방향을 따라 배향되어 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 제1 기판이 성장용 주면을 제공하며 이는 직교하는 <100> 엣지의 2개의 평행인 쌍을 포함하는 성장 표면의 주변의 일부를 형성하는 4개 이상의 엣지를 갖는다. 더욱 바람직하게는 이들 2개의 직교하는 <100> 엣지의 평행인 쌍은 존재하는 엣지일 뿐이다.
위에서 주지시킨 바와 같이, 본 발명자들은 본 발명의 방법에서 사용되는 제1 기판의 종횡비를 필수적으로 선형이고 <100> 방향을 따라 배향되어 있는 성장 표면의 주변의 일부를 형성하는 엣지(전형적으로 최장 엣지), 대 성장 평면내(및 따라서 <100> 방향)에 놓여있는 최장 수직 치수의 비율로 언급한다. 본 발명에 따른 상기 종횡비는 1.3:1 이상이다.
본 발명의 제1 기판의 종횡비는 1.3:1 이상이고 바람직하게는 1.3:1을 초과하거나, 1.5:1을 초과하거나, 1.7:1을 초과하거나, 2:1을 초과하거나 2.5:1을 초과하거나 3:1을 초과하거나 4:1을 초과하고, 심지어 적어도 5:1을 초과할 수 있다.
상기 제1 기판은 플레이트의 형태일 수 있으며, 주표면에 대해 평행인 제2 주표면은 성장면을 형성하고, 상기 제2 주표면은 기판의 배면(rear face)을 형성한다. 달리, 상기 제1 기판의 배면이 더욱 복잡한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 편의를 위하여, 추가적인 언급은 일반적으로 플레이트의 특정 기하학적 구조일 수 있지만, 광의의 양태로 본 발명은 성장 표면을 형성하는 주면 이외의 기판의 표면이 성장 표면에 평행인 제2 주면을 포함하지 않는 경우를 포함함을 알아야 한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "주 (001) 표면" 또는 "{001} 표면인 성장용 주면(성장 표면)"과 같은 문구로 언급되는 면(face)은 유리한, 정확하게 (001) 배향을 갖는 표면일 수 있지만, 상기 표면에 대해 수직이 [001] 방향으로부터 15°이하로, 바람직하게는 10°이하로, 더욱 바람직하게는 6°이하로, 더욱 바람직하게는 3°이하로 벗어난 표면일 수도 있다. 마찬가지로, 주 (001) 표면의 평면에 놓여있는 <100> 방향에 대한 언급은 정확하게 <100>인 것이 아니라 상기 주표면의 평면내에 놓여있지 않은 관련 <100>에 가장 근접한 방향일 수 있으며, 이는 관련 <100> 방향으로부터 15°이하로, 바람직하게는 10°이하로, 바람직하게는 6°이하로, 더욱 바람직하게는 3°이하로 벗어난 것이다.
본 발명자들이 주 성장 표면으로부터 측방향으로의 성장에 대해 이야기할 때 그러한 측방향 성장은 주 성장 표면으로부터의 수직 성장과 관련있으며(본 발명자들은 주 성장 표면에 대해 수직인 성장을 의미한다), 즉, "주표면의 성장 섹터"의 측방향 성장은 해당 성장 섹터의 후육화와 관련되어 있다. 본 발명의 첫번째 양태에 따른 방법으로 성장시킨 CVD 단결정 다이아몬드 물질은 편의를 위하여, 본 발명의 명세서에서, 다음과 같은 2개의 뚜렷한 영역을 갖는 것으로 정의된다: 성장이 일어나는 기판 표면의 평면 상으로 확장되며 원래 기판의 주변 경계부의 외부(기판의 주성장면에 대해 수직인 방향을 따라 나타나는 바와 같이)가 "측방향 성장 영역"으로 언급되는 물질; 및 "기판 성장 영역"으로서 원래의 기판 위로 확장되어 있는(즉, 기판의 주성장면에 대해 수직 방향을 따라 나타나는 바와 같이 원래 기판의 주변 경계면내에 구속되어 있는) 물질. 상기 측방향 성장 영역은 원래의 주성장면에 의해 구획된 평면 위에(즉, 성장 방향으로) 놓여 있는 바와 같이, CVD 공정 중 제1 다이아몬드 기판의 측면 표면 위에서 직접 탄소가 침착되는 결과로서 일어나는 측방향으로 확장되는 성장과 구분될 수 있다.
제1 기판 상에서의 CVD 다이아몬드 물질 성장에 의해 형성된 개체를 본 명세서에서는 성장한 CVD 다이아몬드 물질로 기재한다. 달리 성장한 CVD 다이아몬드 스톤이라 언급할 수 있다.
본 발명은 선행 기술로부터 벗어난 것으로, 특정 CVD 합성 조건하에서 출발 기판의 치수와 비교하여 향상된 측방향 치수를 갖는 다이아몬드 물질을 제공하기 위한 CVD 성장을 지금까지 사용되어오던 것보다 더 높은 종횡비(상기 논의되고 정의된 바와 같음)를 갖는, 상세하게는 1.3:1 이상의 종횡비를 갖는 성장 표면을 갖는 베이스 기판으로부터 성취할 수 있음을 처음으로 인지한 것이다. 적합한 조건하에서 그와 같은 출발 기판을 사용하는 것은 전혀 해롭거나 문제가 되지 않음을 인지한 것이다. 지금까지 정상적인 실시에서는 입수가능한 최대의 출발 기판을 사용하였거나, 절단하는 경우, 주 성장 표면의 평면에 놓여 있는 2개의 최대 직교 <100> 치수가 유사한(즉, 이들의 비가 현저하게 1.3:1 보다 작은) 최대 가능한 기판을 절단하였다. 더욱 전형적으로는 선행 기술에서 사용되는 기판이 필수적으로 정사각형, 즉, 종횡비가 1인 것, 때로는 없어진 코너가 1개 이상인 것이었다.
바람직한 실시양태로, 제공되는 제1 다이아몬드 기판이 (001) 주표면을 제공하고, 상기 주표면은 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 경계를 이루고 있으며, 이 방법은 다이아몬드 물질을 다이아몬드 물질의 (001) 주표면 상에서 호모에피택셜 성장시키는 단계를 포함하며, 성장은 다이아몬드 물질의 관련된 측방향 성장이 상기 다이아몬드 물질의 상기 (001) 주표면의 완전 유효 회전(full effective rotation)이 성취될 정도로 충분하게 큰 성장한 다이아몬드 물질의 충분한 두께가 될 때까지 하나이상의 단계로 계속된다.
상기 다이아몬드 물질의 상기 (001) 주표면의 완전 유효 회전이 성취됨이란 용어에 대해 본 발명자들은 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 출발 기판에서 경계를 이루는 상기 (001) 주표면의 측면이 서로 교차하는 2개의 직교하는 <110> 엣지에 의해 성장한 기판에서 경계를 이루며, 이는 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 원래 구획된 모든 엣지를 포함하고 대체함을 의미한다. 이는 하기에서 직사각형 및 삼각형 출발 기판을 참고로 하여 예시된다.
본 발명의 바람직한 실시양태로, 상기 다이아몬드 기판의 (001) 주표면이 2개의 인접하며 교차하는 <100> 엣지를 가지며, 상기 다이아몬드 기판의 (001) 주표면의 완전 유효 회전으로 3개의 <110> 엣지가 형성되며 이는 2개의 <100> 엣지를 포함하고 대체하며, <110> 엣지 중 2개는 서로 평행하며, 제3의 <110> 엣지에 대해 직교한다. 상기 제3의 <110> 엣지는 그들 사이에 있으며, 원래의 제1 기판 주성장면에 의해 구획된 평면 상으로 돌출될 때, 원래의 <100> 엣지의 교차점을 터치하거나 측방향 성장에 의해 상기 교차점으로부터 측방향에서 바깥쪽으로 이동시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태로, 상기 (001) 주표면이 4개의 <100> 엣지만으로 제1 기판에서 경계를 이루며, 상기 다이아몬드 물질의 (001) 주표면의 완전 유효 회전에 의해 4개의 <110> 엣지가 서로 직교하는 2개의 평행쌍의 형태로 형성되는데, 이는 상기 제1 기판의 4개의 <100> 엣지를 모두 포함한다. 각각의 <110> 엣지는, 원래의 기판 주성장면에 의해 구획된 평면 상으로 돌출시, 원래의 <100> 엣지의 4개의 교차점(상기 기판의 성장면의 코너) 중 각 하나를 터치하거나 측방향 성장에 의해 상기 교차점으로부터 측방향에서 바깥쪽으로 이동시켜, 최종의 성장한 다이아몬드 물질을 형성시키는데 이는 필수적으로 정사각형인 주 성장된 표면을 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 <100> 엣지 및 <110> 엣지는 유리한, 각각 정확하게 <100> 및 <110> 엣지인 엣지와, 각각 <100> 및 <110> 방향에서 15°이하, 바람직하게는 10°이하, 더욱 바람직하게는 3°이하인 엣지도 포함한다.
상기 바람직한 실시양태에서 다이아몬드 물질의 상기 주표면의 완전 유효 회전의 성취는 제1 다이아몬드 기판의 종횡비가 본 명세서에 기재된 바와 같이 더 높을 뿐만 아니라, 미국특허 제US6096129호에 기재된 공정에서는 선행 기술에서의 목적이 아닌, 완전 유효 회전이 일어나지 않기 때문에, 상기 선행 기술 공보에 기재된 공정과는 별개이다. 성장한 다이아몬드 물질에서의 주 (001) 면 상에서 {111} 면들의 잠식으로 인하여 완전 유효 회전이 일어나지 않는다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에서, 성장한 다이아몬드 물질이 상기 제1 기판의 (001) 주표면의 상기 주표면 면적의 200% 이상, 더욱 바람직하게는 220%, 더욱 바람직하게는 250% 이상, 더욱 바람직하게는 270%, 더더욱 바람직하게는 300%인 면적을 갖는 (001) 주표면을 갖는다.
본 발명에 따른 일부 실시양태로 본 발명의 제1 양태에 따른 방법에서 사용되는 제1 다이아몬드 기판이 실질적으로 직사각형, 바람직하게는 종횡비가 1.3:1 이상이거나, 1.3:1을 초과하는 직사각형이다. 즉, 제1 기판이 측면, a, b(이때 a/b≥1.3)를 갖는 직사각형이다. 본 발명에 따른 특정 실시양태의 경우 제1 다이아몬드 기판이 바람직하게는 1.5:1을 초과하거나, 1.7:1을 초과하거나, 2:1을 초과하거나, 2.5:1을 초과하거나, 3:1을 초과하거나, 4:1을 초과하거나, 5:1을 초과하는 종횡비를 갖는 실질적으로 직사각형일 수 있다.
제1 기판이 직사각형인 실시양태의 경우, 상기 기판의 주표면은 바람직하게는 {001} 주표면, 특히 (001) 주표면, 바람직하게는 <100> 엣지를 갖는 주표면이다.
본 발명에 따른 다른 실시양태로, 제1 다이아몬드 기판이 실질적으로 삼각형이고, 바람직하게는 (001) 주표면을 제공한다. 바람직하게는, 상기 실질적으로 삼각형인 주표면이 직각삼각형으로 이는 바람직하게는 1개 이상의 <100> 엣지와 1개의 <110> 엣지에 의해, 더욱 바람직하게는 1개의 <100> 엣지와 2개의 <110> 엣지에 의해, 또는 2개의 <100> 엣지와 하나의 <110> 엣지에 의해 경계를 이룬다.
바람직한 양태로, 완전 유효 회전이 실질적으로 직사각형인 제1 기판, 예를 들면, [100] 및 [010]에 평행인 엣지와 a x b(이때 a는 b보다 크다)의 측방향 치수를 갖는 기판에 대해 일어나는 경우, "완전 유효 회전"은 충분한 측방향 다이아몬드 물질 성장이 (001) 성장 섹터에서 일어나 성장한 다이아몬드 물질이 횡단면에서 실질적으로 정사각형인 (001) 상부 표면을 가지며, 상기 성장한 다이아몬드 물질의 (001) 상부 표면의 대칭축이 제1 기판의 직사각형 (001) 주표면의 대칭축에 대해 45°각도로 회전할 때 성취된다. 이들 바람직한 양태의 경우, 완전 유효 회전시, 성장한 다이아몬드 물질의 사각형 (001) 상부 표면은 [110] 및 [110] 방향에 평행인 엣지에 의해 경계를 이루며, 기하학적으로 (a+b)/√2 x (a+b)/√2의 측방향 치수를 갖도록 계산될 수 있다. 상기 제1 기판은 CVD 다이아몬드 물질일 수도 있지만, 전형적으로 천연 다이아몬드 또는 HPHT 합성 다이아몬드 물질이다. 상업적으로 입수가능한 형태의 그러한 기판은 불균일하거나 형태가 불규칙할 수 있다. 예를 들어, HPHT 합성 다이아몬드 물질(이는 통상적으로 대략 사각형 형태로 제조된다)의 경우, HPHT 합성 다이아몬드 물질의 코너 중 1개 이상이 손상되거나 심지어 소실되는 경우가 통상적이다. 이들 불균일하게 또는 불규칙적으로 형상화된 천연 또는 합성 다이아몬드 물질을 사용하여 초기 불균일한 형태의 부분으로부터 규칙적인 형태의 부분으로 먼저 절단하여 본 발명의 적합한 제1 기판을 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 양태는 (001) 주표면을 갖는 전구체 다이아몬드 기판, 예를 들면, 불균일한 형태의 다이아몬드 기판을 제공하는 단계, 및 상기 불균일한 형태의 다이아몬드 물질을 절단하여 주 (001) 표면 상에 1개 이상의 <100> 엣지를 형성시키는 단계를 포함하며, 더욱 바람직하게는 상기 전구체 다이아몬드 기판으로부터 내접하는 직사각형 다이아몬드 기판을 절단하는 단계를 포함하고, 상기 내접하는 직사각형 기판은 <100> 엣지를 갖도록 절단한다. 기하학적으로 측면 길이 a와 b를 갖는 직사각형 기판으로부터 성장한 정사각형 면을 갖는 기판의 면적은 0.5(a+b)2로 주어짐을 알 수 있다. 그러므로, 이 면적은 (a+b)가 최대가 될 때 최대값이 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 바람직한 실시양태에서 상기 제공된 전구체(예, 불균일하거나 불규칙적인 형태의) 기판으로부터 절단된 내접하는 직사각형 기판은 a+b의 값이 최대가 되도록 절단하며, 이때 a 및 b는 각각 상기 직사각형 기판의 장측(longer) 및 단측(shorter)으로, 이는 상기 절단된 내접하는 직사각형 기판이 본 발명의 제1 양태에 따른 방법에서 상기 제1 다이아몬드 기판을 제공한다. 상기 전구체 다이아몬드 기판의 측면 중 단지 일부, 또는 모두는 본 발명에서 제1 기판으로서 사용하기에 최적인 내접하는 직사각형 기판을 제공하도록 절단할 필요가 있음을 알아야 한다. 플레이트 형태로 아직까지 제조된 바 없는 다이아몬드 물질의 3차원 조각에 대해서도 마찬가지로, 형성시킬 것으로 선택되고, 베이스 기판의 (001) 표면을 형성하는 바람직한 {100} 표면은 치수 a+b의 최대치 합을 갖는 기판을 제공하며, 이때 a와 b는 기판 주면의 전체적인 경계를 이루는 <100> 엣지의 2개의 직교쌍의 치수를 나타낸다. 예를 들어, 상기 규칙을 사용하여 주표면이 형성되는 다이아몬드 물질의 최대 높이를 선택할 수 있다.
유사하게, 본 발명의 다른 바람직한 실시양태는 (001) 주표면을 갖는 다이아몬드 기판, 예를 들면, 불균일한 형태의 다이아몬드 기판을 제공하는 단계, 및 상기 전구체 형태의 다이아몬드 기판으로부터 내접하는 삼각형 다이아몬드 기판을 절단하는 단계를 포함하며, 상기 절단된 내접하는 삼각형 다이아몬드 기판이 본 발명의 제1 양태에 따른 방법에서 상기 "제1 기판"을 제공한다. 상기 절단된 내접하는 삼각형은 1개 이상의 <100> 엣지를 갖도록 절단된다.
따라서, 본 발명은 기판으로부터 절단할 수 있는 정사각형이 너무 작아 사용할 수 없을 것으로 간주되어 지금까지 폐기되던 기판을 CVD 단결정 다이아몬드 물질 성장용 출발 물질로서 사용하는 것을 가능케 한다. 본 발명에 따라서 불균일하거나 불균칙한 형태의 (001) 플레이트를 취하여 사용할 수 있는 능력은 상업적으로 입수가능한 기판 물질의 이용에 있어서 확실한 개선을 일으킨다.
본 발명에 따른 다른 실시양태로 불균일 또는 불규칙 또는 균일 또는 규칙적인 형태의 기판, 예를 들면 정사각형 또는 직사각형 기판을 얼마든지 더 작은 규칙적인 형태로, 예를 들어, n개의 동등한 직사각형 또는 삼각형으로(이때 n은 1 이상, 2 이상, 3 이상 등이며, 심지어 최고 8 이상이다) 절단하여, 본 발명의 제1 양태의 방법에서 사용되는 바와 같은 "제1 기판"을 생성시킬 수 있다. 이들 규칙적인 형태가 직사각형인 경우 이들이 바람직하게는 2, 3 및 심지어 최고 8 이상의 종횡비를 갖는다. 직사각형 플레이트를 절단하는 경우, 이들이 바람직하게는 <100> 엣지화된다. 삼각형을 절단하는 경우 이들이 바람직하게는 1개 이상의 <100> 엣지와 1개 이상의 <110> 엣지를 갖는다. 이들 바람직한 엣지 요구조건을 만족시키는 직사각형과 삼각형의 조합을 단일 기판으로부터 절단할 수 있다.
n개의 직사각형 기판을 전구체 기판(이때 n>1)으로부터 절단하는 바람직한 실시양태에서, 절단된 직사각형 기판은 크기가 동일하거나 상이할 수 있다. 절단된 기판의 치수 하나는 전구체 기판의 치수 하나와 동일하거나, 이보다 작을 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에서 각각의 n개의 직사각형 기판을 본 발명에 따른 방법에서 제1 기판으로 사용하고, 각각의 성장한 다이아몬드 물질은 주 (001) 표면을 가지며 상기 n개의 성장한 다이아몬드 물질의 상기 주 (001) 표면의 전체 면적은 절단하지 않고 주 (001) 표면에 대해 완전 유효 회전까지 성장시킨 경우 전구체 기판으로부터 성장한 다이아몬드 물질의 면적보다 20% 이상, 더욱 바람직하게는 50%, 더욱 바람직하게는 100%, 가장 바람직하게는 200% 이다.
측면 길이 a를 갖는 정사각형 기판을 n개의 동등한 직사각형 기판으로(이때 n>1, 2 또는 3 이상, 또는 심지어 최고 8일 수 있다) 절단하는 본 발명에 따른 특정 실시양태에서, 각각의 직사각형은 바람직하게는 더 긴 측면 길이 a와 더 짧은 측면 길이 a/n을 가지며, 상기 성장 기판의 모든 엣지가 바람직하게는 <001>이다. 각각의 절단된 직사각형은 본 발명의 제1 양태의 방법에서 사용되는 바와 같은 "제1 기판"을 제공한다.
측면 길이가 a인 정사각형 기판을 대등하지 않은 직사각형 기판, 바람직하게는 <001> 엣지를 갖는 기판으로 절단하는 본 발명에 따른 다른 실시양태에서, 각각의 절단된 직사각형은 본 발명의 제1 양태의 방법에서 사용되는 바와 같은 "제1 기판"을 제공한다.
정사각형 기판으로부터 절단되는 규칙적 형태의 기판, 예를 들어 직사각형 또는 삼각형 기판은 상업적으로 입수가능한 다이아몬드 물질일 수 있거나, 다른 다이아몬드 물질의 완전 유효 회전에 의해 성장시킨 정사각형 면을 갖는 다이아몬드 물질일 수 있다. 따라서 본 발명은 다이아몬드 물질 제조를 위한 "성장-절단-성장" 사이클을 고려한다.
규칙적인 기판을 2개 이상의 더 작은 규칙적 형태의 기판으로 절단하는 이들 실시양태의 장점은 출발하는 비절단 기판을 성장 기판으로 사용하는 경우 성취되는 면적 획득분과 비교하여 성장한 CVD 다이아몬드 플레이트의 전체적인 면적에서의 증가를 획득할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시양태는 (a) 성장한 단결정 다이아몬드 기판(제1 합성 단계에서 성장)의 측방향 성장 영역으로부터 다이아몬드 물질의 구역을 절단하여 절단된 다이아몬드 물질 구역이 <100> 엣지를 갖는 (001) 표면을 제공하도록 하는 단계, 및 (b) (제2 합성 단계로) 상기 절단된 다이아몬드 구역의 (001) 표면 위에서 다이아몬드 물질을 호모에피택셜 성장시키는 단계를 포함한다.
이 실시양태의 장점은 측방향 성장이 기판 성장(본 명세서에서 이후 설명됨) 보다 전위 밀도(dislocation density)를 현격하게 저하시키는 경향이 있으며, 그 결과 절단된 측방향 성장 구역으로부터 성장한 다이아몬드 물질도 낮은 전위 밀도를 갖게 되어, 낮은 결함 밀도가 요구되는 용도에 특히 적합하도록 하는 것이다. 예를 들어, 전위는 물질이 광학 소자에 사용될 경우 물질의 광학적 균질성(optical homogeneity)에 영향을 주는 스트레인(strain)을 가져오는 것으로 알려져 있다. 또한 전위는 고유의 캐리어 특성에 영향을 주는 물질의 밴드 갭 중에 관련된 트랩을 갖는다는 것도 알려져 있으며, 이는 결함 밀도가 낮게 성장한 다이아몬드 결정이 전자제품 용도에 특히 유용함을 의미한다. 제2 합성 단계에서 사용하기 위하여 제1 합성 단계에서 측방향 성장물로부터 구역을 절단하는 이들 바람직한 실시양태에서, 절단된 측방향 성장 구역이 바람직하게는 삼각형 또는 직사각형이다.
본 발명에 따른 다른 실시양태는 각각 (001) 주표면과 1개 이상의 서로 인접하는 <100> 엣지를 갖는 직사각형 기판 2개 이상을 배치하여 상기 2개 이상의 직사각형 기판 중 하나의 최장 <100> 엣지의 길이를 초과하는 연속적인 <100> 엣지를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 인접하는 기판은 "타일식(tiled)" 기판을 언급하며, 상기 타일식 기판으로부터의 CVD 성장은 상기 연속적인 <100> 엣지로부터 일어난다. 상기 2개 이상의 기판은 바람직하게는 직사각형, 더욱 바람직하게는 종횡비가 1.3:1 이상인 직사각형이다. 이들은 바람직하게는 엣지의 길이를 따라 한줄로 정렬하여 배치된다.
본 발명자들은 가공 변수를 세심하게 제어하는 것이 종횡비가 1.3:1 이상인 제1 기판으로부터 완전 유효 회전을 성취하는데 유리함을 발견하였다. CVD 단결정 다이아몬드 물질 가공에서 모니터링할 수 있으며, CVD에 의한 다이아몬드 물질 합성 분야에서 숙지되어 있는 변수 중 하나가 소위 "α 변수"이다. 이 변수 α는 <001> 방향에서의 성장 속도(GR) 대 <111> 방향에서의 성장 속도의 비에 비례하며, 다음과 같이 정의된다: α = √3 x (<001>에서의 GR) ÷ (<111>에서의 GR).
본 발명에 따른 바람직한 실시양태에서 목적하는 α 변수의 범위가 바람직하게는 1.4 내지 2.6, 더욱 바람직하게는 1.6 내지 2.4, 더 더욱 바람직하게는 1.8 내지 2.2이고, 일부 실시양태의 경우 9 내지 2.1 범위이다.
공지의 CVD 공정에서는 α 변수가 <1에서 >3 사이에서 변화되는 것으로 알려져 있으며, α값은 특히, 압력, 온도 및 가스 유동 조건을 포함하여, 가동 중인 합성 조건의 세트에 따르며 CVD 반응기 용기와 같은 변수의 세부사항에 대해서는 보다 적게 따른다. α의 경우 합성이 완료된 후 성장한 다이아몬드에 대해 측정하고 단순한 기하학적 관계식 및 α를 계산하기 위한 결정학을 사용하여 계산할 수 있는 것으로 알려져 있다. 일정 범위의 압력, 온도 및 가스 조성 조합 하에서 성장한 다이아몬드 물질을 측정함으로써 - 다시 사후 측정에 의해 특정 합성 반응기의 "α변수 맵"을 제작하는 것이 또한 당해 분야에 공지되어 있다. 제시된 조건 세트에 대한 알파 변수를 특징화하는 방법이 널리 보고되어 있지만, 다음 문헌을 참고하는 것이 특히 유용하다: 문헌[Silva et al, Diamond & Related Materials, 18(2009), 683-697]. 실바(Silva) 등은 본 발명자들이 제시한 바람직한 범위인 1.8 내지 2.2 내에서의 α 값을 포함하여, α 변수의 예측되는 값을 성취하기 위하여 온도, 가스 압력, 동력, 및 가공 화학(예, 메탄, 산소, 질소, 수소 및 아르곤 가스 등의 양)을 선택하는 방법을 기술하고 있다. 이들 특성 각각의 정확한 값은 실바가 사용한 반응기에 대해 특이적이지만(이유는, 당해 분야에 공지된 바와 같이, α 또한 반응기-의존성이기 때문), 당해 분야의 숙련가들은 다른 반응기를 용이하게 특성화할 수 있으며, 목적하는 α 변수를 성취하기 위하여 실바 등의 기술을 사용하여 상기 특성 각각에 대해 적합한 값을 선택할 수 있다.
본 발명에 따라서, 바람직한 실시양태로, 본 발명자들은 특정 값의 α(또는 좁은 범위의 α 값)를 합성을 개시하여 후속해서 목적하는 α값을 갖는 결정이 생산되기 전에 특정화할 수 있어, 실바의 문헌에 기재된 방법론에 따라 특징화되는 선험(a priori)을 결정할 수 있기에 충분하게 잘 특징화되어 있으며 안정한 합성법 및 합성 반응기 조합을 제공한다.
본 발명자들은 CVD 합성 조건을 조율함으로써, 예를 들어 상기 언급한 바람직한 범위의 α로 CVD 다이아몬드 물질을 성장시킴으로써, [001] 방향에서의 성장 속도가 <111> 방향에서의 성장 속도와 비교하여 주 (001) 성장 표면 바로 아래 및 인접하는 {111} 면이 형성되는 것을 실질적으로 방지하기에 충분하게 높고, 주 (001) 성장 표면 자체가 불안정해지고 힐록 및(또는) 기타 손상 피쳐가 형성되는 것을 실질적으로 방지하기에 충분히 낮음을 발견하였다. 본 발명자들은 모든 다른 것들이 동등하며, α가 상기 바람직한 제한치보다 높을 경우 {111} 면이 형성되고 트윈(twin)을 이룰 수 있으며 그러한 트윈은 주 (001) 성장면 위에서 침범하여 성장한 결정의 측방향 치수에서의 추가적인 증가를 방해하거나 중단시킬 수 있음을 발견하였다. 유사하게, 본 발명자들은 모든 다른 것들이 동등하며, α가 상기 바람직한 제한치보다 낮을 경우 측방향 성장이 제한되고 (001) 표면 상에서의 매끄러운 성장(smooth growth)이 소실됨을 발견하였다.
본 발명에 따른 방법에 의해 성장한 단결정 다이아몬드 물질은 2개의 별개 영역, 즉, 이전에 정의된 바와 같은, 측방향 성장 영역과 기판 성장 영역을 갖는다. 본 발명자들은 이들 2개의 별개 영역이 이들의 확장된 결함 농도로 구분될 수 있으며, 측방향 성장 영역은 일반적으로 확장된 결함 농도가 기질 성장 영역보다 훨씬 더 낮음을 관찰하였다. 상기 용어 "확장된 결함(extended defect)"에 대해서 본 발명자들은 하나의 점(전형적으로 제1 기판의 표면내에 또는 이의 표면에 있는)에서 기원한 다음 성장하는 결정내로(전형적으로 대략 성장 방향으로) 확장되는, 1개 이상의 전위와 같은 결함을 의미한다. 상기 두 영역에서의 확장된 결함의 상대적 비는 전기적 특성의 측정, 복굴절 측정과 같은 기술, 에칭 기술 및 결합 밀도를 비교하도록 하는 기타 기술로 추론할 수 있다. 측방향 및 성장 영역에서의 확장된 결함 밀도에서의 차는 다이아몬드 물질 전위가 전형적으로 <100> 방향으로 진행되거나 종결되기 때문으로 생각된다. 측방향 성장 영역에서는 바로 아래에 <100> 성장 방향으로 전파되도록 하는 전위를 표면에 제공하기 위한 기판이 없기 때문에, 측방향 성장 영역은 기판 성장 영역(이는 기판 바로 위에서 성장한다)보다 개선된 결정도(더 낮은 전위 밀도)를 갖는다.
또한, 본 발명자들은 측방향 및 기판 성장 영역이 일반적으로 성장한 결정내 어딘가 다른 곳에서 발생하는 것보다 더 높은 전위 밀도로 분리됨을 관찰하였다. 이런 더 높은 전위 밀도는 원래의 기판의 엣지로부터 기원하는 것으로 생각된다. 고밀도 영역은 복굴절과 같은 기술, "메트리폴(Metripol)"(영국 소재 옥스포드 크리오시스템스(Oxford Cryosystems)과 같은 장치를 사용한 광학적 복굴절의 특징화, 투과 전자 현미경(TEM) 및 X-선 지형학으로 확인할 수 있다.
실시예에 의해 기판 성장 영역에서 CVD 다이아몬드 물질 내 전위 밀도의 범위는 전형적으로 103 내지 105 ㎝-2인 반면, 측방향 성장 영역에서는 500 ㎝-2 미만일 수 있는 것으로 밝혀졌다. 기판 성장 영역과 측방향 성장 영역 사이의 경계의 간극(vicinity)에서의 전위 밀도 범위는 전형적으로 103 내지 106 ㎝-2이고, 전형적으로 인접한 기판 성장 영역에서 보다 약 10 내지 수백배까지 더 높다.
실질적으로 정사각형 성장한 CVD 다이아몬드 물질 또는 <100> 엣지가 있으며 종횡비(이전에 정의된 바와 같음)가 1.3:1 이상인 제1 기판으로부터 성장시킨 성장한 CVD 다이아몬드 물질로부터 절단된 다이아몬드 기판, 특히 상기 제1 기판의 성장 표면의 형태에 대응하는 배열에서의 전위 배열과 같은 것을 포함하는 것으로, <100> 엣지가 있으며 종횡비(이전에 정의된 바와 같음)가 1.3:1 이상인 제1 기판으로부터의 CVD 성장을 나타내는 것은 자체적으로 신규한 것으로 생각된다.
본 발명의 두번째 양태는 제1 다이아몬드 기판의 (001) 표면으로부터 CVD 공정으로 성장시킨 실질적으로 정사각형인 성장한 표면을 갖는 성장한 다이아몬드 물질을 제공하는데, 상기 제1 다이아몬드 기판의 (001) 주표면은 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 경계를 이루고, 상기 1개 이상의 <100> 엣지의 길이는 상기 1개 이상의 <100> 엣지에 대해 직교하는 (표면의) 치수를 1.3:1 이상의 비율로 초과한다.
전형적으로 상기 성장한 다이아몬드 물질은 전위를 포함한다. 이들은 전형적으로 제1 다이아몬드 기판의 성장 표면의 엣지에서 핵을 이루어, 다이아몬드 물질을 통하여 성장 방향으로, 즉, 실질적으로 <001> 방향으로 전파된다. 그러므로 성장한 다이아몬드에 실질적으로 <001> 방향으로 확장되는 전위열(row of dislocation)이 다수개 있다. 그러므로, 이들 전위열은 출발 기판의 윤곽(outline)의 성장한 다이아몬드에서의 기록을 나타낸다. 전형적으로 전위는 제1 다이아몬드 기판의 성장 표면의 엣지를 따라 모든 점에서가 아니라 일부에서 핵을 이룬다. 전위가 없는 구역과 다수의 전위가 있는 구역이 있을 수 있다. 제1 기판의 출발 배향면에서 전형적으로 이들 전위는 일반적으로 (100) 및 (010) 평면, 또는 이들 평면의 15°이내의 평편내 열(row)로 확장된다. (001) 평면 상으로 돌출시 각각의 전위열은 점을 나타내며, 이들 점이 연결되면 이들은 제1 다이아몬드 기판의 엣지의 방향으로 라인(또는 길이)를 발생시킨다. 따라서 상기 형성된 라인들은 제1 다이아몬드 기판의 성장 표면의 윤곽의 형태와 크기로 존재한다.
본 발명자들이 본 명세서에서 점들((001) 평면 상으로의 전위열이 돌출된 것이다)이 연결됨으로써 생성되는 라인(길이)이 성장 표면의 윤곽을 구획한다고 말할 때, 본 발명자들은 상기 라인들이 실제적으로는 교차하는 것이 아니라, 연장되어 서로 교차할 가능성을 포함한다. 예를 들어, 제1 기판의 코너 1개 이상으로부터 전파되는 전위열이 없는 경우가 있을 수 있으며, 이 경우 상기 라인들(길이들)은 연장되어 교차하며, 이에 따라 코너의 윤곽이 구획되게 된다. 전형적으로 기판의 측방향을 따라 점들이 연결하는 라인은 제1 기판의 측면 길이의 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 또는 70% 또는 80% 연장된다.
하나의 실시양태로, 성장한 다이아몬드 물질이 종횡비가 1.3:1 이상인 직사각형 표면을 갖는 상기 제1 다이아몬드 물질로부터 성장하고, 상기 성장한 다이아몬드 기판은 다수의 전위열을 포함하며, 전위열 각각은 일반적으로 <001> 방향으로, 또는 그 방향의 15°이내, 또는 10°이내, 또는 6°이내, 또는 3°이내에서 전형적으로 연장되고, 점들이 존재하는 (001) 평면 상으로 돌출시, 연결될 경우 평행 라인 또는 길이의 2쌍을 생성시켜 직사각형을 형성하며, 이 직사각형은 제1 다이아몬드 기판의 엣지의 위치의 기록이 되며, 이 엣지로부터 전위열이 핵을 형성하게 된다.
다른 실시양태로 성장한 다이아몬드 기판이 1개 이상의 <100> 엣지가 있는 삼각형 표면(바람직하게는 직각 삼각형 표면)을 갖는 제1 다이아몬드 기판으로부터 성장한 것으로, 상기 1개 이상의 <100> 엣지의 길이는 상기 1개 이상의 <100> 엣지와 직교하는 표면 치수를 1.3:1 이상의 비율로 초과하고, 상기 성장한 다이아몬드 기판은 다수의 전위열을 포함하며, 전위열 각각은 전형적으로 <001> 방향으로, 또는 그 방향의 15°, 10°, 6°, 또는 3°이내에서 연장되고, 점들이 존재하는 (001) 평면 상으로 돌출시, 연결될 경우 교차하여 삼각형을 형성하며, 이 삼각각형은 제1 다이아몬드 기판의 엣지의 위치의 기록이 되며, 이 엣지로부터 전위열이 핵을 형성하게 된다.
상기한 바와 같이, 전위의 위치는 공지의 기술로 알 수 있다.
출발 기판의 엣지의 기록으로 작용하는 이들 전위열을 포함하는 성장한 CVD 다이아몬드는 자체적으로 신규하며, 상기 기록은 출발 기판의 종횡비(상기 논의된 바와 같음)가 1.3:1 이상임을 나타낸다.
본 발명의 세번째 양태는 다수의 전위열을 함유하는 성장한 CVD 다이아몬드 물질을 제공하는 것으로, 상기 각각의 열은 실질적으로 <001> 방향으로 연장되고, 각각의 전위열은 점을 구획하는 (001) 평면 상으로 돌출시, 그리고 그 점들이 (각각의 전위열로부터의 점들) 연결되었을 때 <100> 방향으로 연장되는 제1 길이와 <001> 방향 또는 <110> 방향으로 연장되는 제2 길이를 구획하고, 상기 제1 길이 대 제2 길이의 비는, 또는 역으로, 1.3:1 이상이거나, 1.3:1을 초과할 수 있거나, 1.5:1을 초과할 수 있거나, 1.7:1을 초과할 수 있거나, 2:1을 초과할 수 있거나, 2.5:1을 초과할 수 있거나 3:1을 초과할 수 있거나, 4:1을 초과할 수 있거나, 심지어 5:1을 초과할 수 있다.
특정 실시양태로, (001) 평면 상으로 돌출시 각각의 전위열은 점을 구획하고, 이 점들(각각의 전위열로부터의 점들)은 연결될 때 <100> 방향으로 연장되는 4개의 길이를 구획하고, 그 길이들은 직사각형을 형성한다.
본 발명에 따른 다른 실시양태로, 각각의 전위열은 (001) 평면 상으로 돌출시 점을 구획하고, 그 점들(각각의 전위열로부터의 점들)은 연결될 때 2개의 <100> 길이와 1개의 <011> 길이, 또는 1개의 <100> 길이와 2개의 <011> 길이를 구획하고, 이들 길이는 직각 이등변 삼각형을 형성한다.
연결되어 하나 이상의 라인 또는 길이를 구획하는 점들에 대한 언급시, 이들은 상기 점들을 통하여 최적합(best fit)이 되도록 그려진 직선 라인이다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에서, 상기 제1 기판의 두께는 전형적으로 0.2 내지 1.2 ㎜ 범위이지만, 이들 범위로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에서, 상기 성장한 다이아몬드 물질의 두께는 출발 기판에서의 최장 <100> 엣지 길이의 약 절반이다. 그 두께로 성장하는 것은 상기 정의된 바와 같이, 완전 회전에 상응한다. 그러나, 더 높거나 더 낮은 두께로도 성장할 수 있으며, 특정 용도에 있어서 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 방법으로 단결정 다이아몬드 플레이트가 생산되며, 상기 바람직한 방법은 호모에피택셜 CVD 성장한 다이아몬드 물질을 플레이트로 가공하는 단계를 포함한다.
이후, 본 발명의 실시양태를 실시예에 의해, 첨부되는 도면을 참고로 하여 설명하고자 한다.
도면에 대해서, 도 1은 본 발명에 따른 방법에서 사용하기에 적합한 제1 다이아몬드 기판(1)을 나타낸다. 상기 다이아몬드 기판(1)은 길이 a, 폭 b 및 두께 t를 갖는(이때 a>b>t), 실질적으로 직사각형이다. 상기 제1 다이아몬드 기판(1)의 치수는 다음과 같다: a = 5 ㎜, b = 1 ㎜, t = 0.5 ㎜.
상기 다이아몬드 기판(1)은 <100> 엣지(4)로 경계를 이루는 (001) 주표면(3)을 가지며, 4개의 측면 {010} 표면(5)(이들 중 2개를 도 1에서 볼 수 있다)을 갖는다. 이를 실리콘을 포함하는 기판(7), 또는 상기한 바와 같은 기타 다른 적합한 기판에 놓고, 실시예를 참고로 하여 이후 기술되는 조건, 및 특히 α(이전에 정의된 바와 같음)의 범위가 1.9 내지 2.1인 조건하의 CVD 챔버에 놓는다.
CVD 성장 공정 중 우세한 단결정 성장은 (001) 성장 섹터, 즉 (001) 면(3)으로부터의 성장이지만, (100), (010) (-100) 및 (0-10) 성장 섹터, 즉, 측면 표면(5)에서의 약간의 단결정 성장도 있을 것이다. 또한, 텅스텐 표면(7)으로부터 기원하는 약간의 경쟁적인 다결정 성장이 있을 것이다.
도 2a 내지 2d 및 도 3 및 도 4로부터 알 수 있듯이, 성장한 다이아몬드 물질의 (001) 성장 섹터는 (001) 표면에 대해 수직(즉, 기판(1)의 두께 t에 평행이고, 도 2a 내지 2d에서 보이는 바와 같이 페이퍼 바깥쪽)으로 뿐만 아니라 측방향으로도 확장된다.
<100> 엣지의 성장이 <110> 엣지의 성장보다 현격하게 더 빠르며, 따라서, 성장하는 (001) 표면이 <110> 엣지를 제공할 때까지 <001> 엣지로부터 측방향 성장이 계속된다. 도 2a에 나타낸 바와 같은 제1 단계에서 (001) 성장 표면(3)은 <100> 방향으로 측방향에서 바깥쪽으로 성장하여 성장 표면이 4개의 <100> 엣지(4')와 4개의 <110> 엣지(6')로 경계를 이루는 8각형 형태를 갖는다. 그러므로, 4개 영역의 측방향 성장(원래의 기판면(3) 바로 위가 아닌 성장 영역)이 있으며 이들은 모두 사다리꼴 형태로, 2개는 기판(1)의 긴 엣지(이후 "a 엣지"라 칭함)를 따라 성장하고 2개는 기판(1)의 짧은 측방향(이후 "b 엣지"라 칭함)을 따라 성장한다. 측방향 성장 g의 정도는 기판(1)의 모든 엣지로부터 동일하다.
도 2b에 나타낸 바와 같은 제2 단계 성장에서 성장 표면은 모든 방향에서 b/2만큼 거리로 측방향으로 성장하여 성장 표면(3")을 형성하는데 이는 6각형 형태로, 4개의 <110> 엣지(6")와 2개의 <100> 엣지(4")에 의해 경계를 이룬다. 이 단계에서 원래 기판의 b 엣지는 측방향 성장 영역을 형성하는데 이는 기판의 원래 b-엣지에 의해 경계를 이루는 직각 이등변 삼각형 형태가 되며, 이는 삼각형의 빗변과, 한쌍의 상호 수직인 <110> 방향을 형성한다. 상기 삼각형의 직각으로부터 b-엣지의 중간점까지의 거리가 b/2이다. 이 단계에서 원래 기판의 a 엣지는 폭이 b/2이고 (i) 기판의 원래의 <100> 엣지, (ii) 원래의 a-엣지에 평행한 <100> 엣지 및 (iii) b-엣지상에서의 측방향 성장의 <110> 엣지의 연속인 한쌍의 <110> 엣지에 의해 경계를 이루는 사다리꼴 형태의 측방향 성장 영역을 형성한다. 이 단계에서의 성장으로 성장한 표면(3")의 면적이 원래 성장 표면(3)의 2배가 된다.
다음 단계의 성장이 도 2c에 나타나 있다. <100> 엣지의 성장이 <110> 엣지의 성장보다 훨씬 더 빠르기 때문에, 짧은 b 엣지로부터의 추가적인 측방향 성장은 거의 없으며, 대신 더 긴 a-엣지로부터의 성장이 계속된다. 이는 성장 표면(3")이 여전히 2개의 <100> 엣지(4"')와 4개의 <100> 엣지(6"')를 갖는 6각형이지만, <100> 엣지(4"')가 도 2b의 표면 3"의 대응하는 <100> 엣지보다 더 짧은 반면, <110> 엣지(6"')의 길이가 도 2b의 <110> 엣지보다 더 길다는 것을 의미한다.
이 단계에 이르게 되면 <110> 엣지로부터 완만한 측방향 성장은 전형적으로 약해지며, 전형적으로 트위닝(twinning)을 함유한다. 상기 트위닝된 추가의 성장은 도 2c 내지 2e, 또는 도 3 내지 5에 나타나 있지 않지만, 이후 논의되는 도 6의 현미경사진으로부터 자명하다.
이 방법으로 성장이 계속되어 <100> 엣지가 모두 함께 사라지고, 각 쌍의 성장하는 <110> 엣지가 서로 교차할 때까지 <110> 엣지가 더 길어지고 <100> 엣지가 짧아진다. 이 단계에서, 성장한 표면은 도 2d에 나타낸 바와 같이 4개의 <110> 엣지(6iv)에 의해 경계를 이루는 정사각형(3iv)을 제공한다. 이들 <110> 엣지(6iv)의 쌍들은 서로 교차하게 되고, 또한 상기 제1 기판(1)의 <100> 엣지의 각각의 코너(10)에서 제1 기판(1)의 <100> 엣지가 교차하는 (110) 평면에 놓이게 된다. 도 2d에 나타낸 단계에서, 성장 표면의 "완전 유효 회전"이 일어났다고 말한다. 상기 정사각형 성장 표면(3iv)의 축은 원래의 기판(1)의 성장 표면(3)의 축에 대해 45°회전한다.
도 2d에 나타낸 단계 후, 추가적인 성장은 <110> 엣지로부터의 성장에 따르는데, 이는 <100> 엣지로부터의 성장보다 훨씬 더 느리다. 그러나, 합성 조건이 최적화된다면, 느림에도 불구하고, 각각의 <110> 엣지로부터의 성장과 동일한 속도로 추가적인 측방향 성장이 일어나 성장 표면(3v)이 도 2d의 정사각형 성장 표면(3iv)의 축과 일치하는 축을 갖는 정사각형 형태(도 2e 참조)가 될 때까지 계속되며, 즉, 추가적인 회전은 일어나지 않는다. 따라서, 유리한 성장 조건으로 완전 유효 회전 위치를 넘어서 성장이 이루어질 수 있다.
도 3과 4는 각각 X-X 및 Y-Y를 따라 취한 도 2d의 횡단면도이다. 이들은 (001) 성장 섹터(15), (010) 성장 섹터(17)(기판 1의 측면 (5)로부터) 및 (011) 성장 섹터(19)(기판 1의 꼭지점으로부터)로부터의 단결정 성장이 있음을 나타낸다. 상이한 단결정 다이아몬드 물질 성장 섹터가 횡단면도에서 투명도에 있어서 다르게 해치(hatch)되지만, 실제로 이들은 연속적인 결정을 형성한다. 상기 단결정 성장 (15, 17, 19)는 기판(7)으로부터 나오는 다결정 성장(21)을 만족시킨다.
도 3 및 4는 또한 이전에 본 발명에서 정의된 바와 같은 측방향 성장 영역(23)과 수직 성장 영역(25) 간의 구별을 설명한다.
도 5는 기판 표면(3 및 5)에서 또는 근처에서 전위 핵화가 일반적으로 일어날 수 있음을 나타내는 개략적 도해이다. 상기 전위 위치는 점선(27)으로 표시한다. 그러한 전위는 이전에 논의된 바와 같은 다수의 공지 기술을 사용하여 가시적으로 바꿀 수 있다. 출발 다이아몬드 기판(1)의 주 (001) 표면(3) 상부이나, 기판 엣지의 외부, 즉, 측방향 성장 영역(23)에는 낮은 전위 밀도 대역(zone)이 있음을 알 수 있다. 측방향 성장 영역(23)으로부터 절단된 다이아몬드 플레이트는 낮은 전위 밀도가 요구되는 용도에 유리하게 사용될 수 있다.
도 6a는 성장한 다이아몬드 물질의 평면도에서 취한 광학 현미경사진이다. 이는 상기 논의된 도 2e에 도시된 성장 단계, 즉, 완전 유효 회전을 넘어선 단계에 대응한다. 도 6a에서 제1 직사각형 기판(1)은 상기 평면도 현미경사진에서, 위에 가로놓여있는 투명한 성장한 결정을 통하여, 여전히 그대로 가시적이다. 완전 유효 회전을 넘어서 성장한, CVD 성장한 다이아몬드 물질은 4개의 <110> 엣지(6v)가 있는 실질적으로 정사각형인 성장 표면(3v)을 제공한다. 이들 4개의 <110> 엣지(6v)는 제1 출발 기판(1)의 원래의 성장 표면의 평면을 넘어서 아래로 돌출될 경우, 제1 기판(1)의 코너(1)를 넘어서 연장된다. 도 6a에서 더욱 불량한 성장, 특히 트위닝된 성장(31)이 또한 <110> 엣지(3v)를 넘어서 분명하다.
도 6b는 성장한 CVD 다이아몬드 물질의 전체 두께를 관통하지만, 제1 기판(1)을 제거한 후, 도 6a에서 점선 Z를 따라 절단한 직사각형 구역을 통하여, 평면 배향으로 취한, 복굴절 화상이다. 복굴절 기술은 결정에서 스트레인의 면적을 표시하기 위하여 사용되며, 콘트라스트 면적이 크면 클수록 스트레인 영역이 더 크다는 것을 나타내고, 상기 스트레인은 전위(또는 기타 결함) 밀도가 더 높은 영역에 대응하는 것으로 이해된다.
도 6b는 더 어두운 라인(33)을 나타내며, 이들은 제1 기판(1)의 원래의 성장 표면의 형태에 상응하는 직사각형을 형성한다. 그러므로, 이들 라인(33)은 성장한 결정의 주변 영역보다 전위(또는 다른 결함) 밀도가 더 높은, 성장한 결정의 두께를 통하여 원래의(그러나 현재는 제거된) 제1 기판(1)의 엣지의 위치로부터 위로 연장되는 평면의 증거이다.
도 6b는 또한 라인(33)의 직사각형 배열내 중앙 영역(35)이 라인(33)의 직사각형 배열 바깥쪽의 외부 영역(37)보다 콘트라스트가 더 크다는 것을 나타낸다. 상기 중앙 영역(35)은 이전에 정의된 바와 같고 도 3 내지 5에서 인용 번호 (23)으로 표시된 바와 같은 "기판 성장"이며, 반면 외부 영역(37)은 이전에 정의된 바와 같고 도 3 내지 5에서 인용 번호 (25)로 표시된 바와 같은 "측방향 성장"이다. 성장한 결정에서 영역 (35)와 (37) 간의 콘트라스트에서의 이런 차이는 다이아몬드 물질의 기판 성장 영역과 비교하여 다이아몬드 물질의 측방향 성장 영역과 관련있는 낮은 전위(또는 다른 결함) 밀도의 증거이다.
도 6c는 완전 회전을 넘어서, 직사각형 출발 기판으로부터 성장한, 다른 성장한 CVD 다이아몬드 물질의 평면도에서 취한 광학 현미경사진이다. 도 6a의 성장한 다이아몬드 물질에서와 같이 성장한 다이아몬드 물질의 성장 표면(3v)이 <110> 엣지(6v)가 있는 정사각형이며, 다이아몬드 물질은 완전 회전을 바로 넘을 정도로 성장하였다. 다시 트위닝된 영역(31)은 상기 성장한 다이아몬드 물질의 <110> 엣지(6v)를 넘어서 분명하다.
도 6d는 제1 기판(1)의 제거 후 도 6c의 성장한 CVD 다이아몬드 물질을 통하여 취한 {008} XRT 화상이다. XRT(X-ray topography)는 전위 또는 기타 결함과 같이, 결정내에서의 산란능(scattering power)을 표시하여 불규칙성을 밝히는데 사용할 수 있는 복굴절 화상화에 대한 대안적 기술이다. XRT 화상에서 결함 밀도가 더 높은 영역은 콘트라스트가 더 높은 영역으로 나타난다. 도 6d에서 어두운 직사각형 라인(39)은 이제는 제거된 출발 기판(1)의 성장 표면의 엣지의 위치에 대응함이 분명하다. 그러므로 직사각형 라인(39)은 제1 기판(1)의 성장 표면의 원래의 둘레로부터 성장한 결정을 통하여 위로 확장되는 결함 밀도가 더 높은 평면의 증거이다.
도 6a 내지 6d에서 나타낸 상기 실시양태들은 CVD 성장한 다이아몬드 물질의 성장력(growth history)을 설명하는 증거를 획득할 수 있는 방법을 나타내는데 현재 또는 앞으로 사용되는 방법이 그러한 전위 또는 기타 결함을 제거할 수 있는지 알아야 한다. 그러므로, 성장한 CVD 다이아몬드 물질에서 복굴절 또는 XRT 화상에 출발 다이아몬드 기판의 엣지 및(또는) 기판 및 측방향 성장에 대응하는 것으로 기재된 타입의 결함이 없다는 것은 본 발명의 방법이 반드시 단결정 다이아몬드 물질을 성장시키기 위하여 사용되는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명을 {111} 표면을 형성하는 경향이 있는, 사용되는 조건으로 인하여, 이전에 기재된 선행 기술 참고 문헌과 대비하고자 한다. 그러한 표면은 트위닝되는 경향이 더 높고 측방향 성장이 가능한 정도를 제한하며, {111} 표면은 성장한 표면을 침식한다.
상기 주지시킨 바와 같이, 측방향 치수가 a x b이고 상면 (001)과 측면 {100} 면을 갖는 직사각형 플레이트는 바깥쪽으로 b/2에 대등한 거리로 성장하여 6각형 형태(도 2b를 언급하여 나타낸 바와 같음), 즉, 더 짧은 b 엣지는 완전히 성장하지만, 엣지 세트 중 하나인 더 긴 엣지는 그렇지 못한 형태를 형성한다. 지금까지 CVD 다이아몬드 물질 성장은 전형적으로 (001) 성장 표면이 극히 안정한 조건, 및 직사각형 기판으로 출발하여, 완전 성장한 외부 {100} 성장 섹터 상에서(즉, 짧은 b 엣지로부터 바깥쪽으로 성장한 {100} 성장 섹터 상에서) 트위닝이 발생하고, 이는 상부 (001) 표면으로 신속하게 확산되어 엣지 한 세트가 완전히 성장한 도 2b에 나타낸 형태를 넘어서 추가적인 성장을 방해하는 조건하에서 수행되었다. 과거에는, 정사각형의 출발 기판이 사용되었기 때문에, 출발하는 결정이 모든 측방향에서 동시에 완전히 성장하여, 즉, a/2 성장 후, 트위닝 문제가 일어나지 않았다. 출발 기판이 비-정사각형, 예를 들어 직사각형인, 본 발명의 첫 번째 측방향에 따른 방법에서는, 모든 엣지가 완전하게 동시에 성장하지 않기 때문에, 통상적으로 지금까지 사용되는 조건으로는 출발 기판의 짧은 <100> 엣지가 일단 완전하게 성장하여 <110> 엣지를 형성하게 되면(도 2b) 트위닝이 일어나게 되고, 더 긴 <100> 엣지 상에서의 후속 성장이 방해받게 된다. 지금까지 전형적으로 사용되던 성장 조건과 다른 조건을 적합하게 선택함으로써, 본 발명자들은 b/2 거리가 넘는 안정한 성장을 성취할 수 있도록 유리하게 관리하여 b 엣지뿐만 아니라, a-엣지가 완전하게 성장하여 도 2d, 또는 심지어 도 2e에 나타낸 바와 같은 형태를 갖는 성장한 기판을 수득할 수 있었다.
도면 7a 내지 7c에 대해서 이들은 <110> 엣지를 갖는 완전 회전된 정사각형(63)으로 성장한 측면 "a"의 <100> 엣지를 갖는 정사각형(61)을 나타낸다(제1 합성 단계). 상기 정사각형(63)을 이의 <100> 대각선(65)(도 7b에서 빗금으로 나타냄)을 따라 절단하여 <100> 엣지(빗변)와 2개의 다른 <110> 측면을 갖는, 2개의 직각 삼각형(66)을 형성시킨다. 이후 각각의 삼각형(66)을 <100> 엣지로부터 완전 유효 회전으로 성장시키기 위한 공급 물질로서 사용하여 <110> 엣지로 경계를 이루는 정사각형 면(66')을 갖는 결정을 발생시킨다(제2 합성 단계). 따라서, 정사각형 형태(66')로의 제2 합성 단계 중 삼각형 공급 기판(66)은 각각 일반적인 삼각형 성장 구역(67)으로 측방향으로 성장한다. 삼각형 구역(67)은 모두 본 명세서에서 정의된 바와 같은 "측방향 성장"이고, 측방향 성장의 삼각형 구역(67)은 원래의 기판(66) 위에 놓여 있는 삼각형 "기판 성장" 구역(68)과 빗변을 공유한다. 상기 측방향 성장 구역(67)과 기판 성장 구역은 실제로 연속적인 단결정이지만, 모두 측방향 성장인 구역(67)은 기판 성장과 비교하여(이전에 도 5를 언급하며 설명한 바와 같이) 결함(예를 들어, 전위) 밀도가 훨씬 더 낮다. 제3 합성 단계에서 낮은 결함 구역(67)을 절단하여 <100> 엣지를 갖는 출발 기판으로 사용하며 이로부터 완전 유효 회전으로 (001) 정사각형 표면(67')을 갖는 결정이 성장할 수 있다. 이 경우 출발 기판(67)이 낮은 결함 영역이기 때문에, 제3 합성 단계에서 성장한 기판(67') 또한 적은 수의 결함을 함유한다. 도 7의 실시양태에서 면적 증가는 각 합성 단계에서 100%이다. 도 7을 언급하여 설명된 실시양태의 장점은 전위 밀도가 낮은, 큰 면적의 다이아몬드 물질을 생산할 수 있다는 것이다. 투명도의 경우 전위 밀도가 낮거나 실질적으로 없는 면적이 도 7c 및 7d에서 해치된 어두운 부분으로 표시되어 있다.
도 7의 실시양태는 3개의 측면이 있는 기판 상에서의 성장에 따르며 상기 삼각형 기판은 1개의 <100> 배향된 측면과 2개의 <110> 배향된 측면을 갖는다.
3개의 측면이 있는 기판이 도 7에 나타나 있으며 이는 원래 정사각형 플레이트로부터 기원한다. 이들은 달리 다른 형태의 플레이트로부터 기원할 수 있다. 유사하게 도 7에 나타낸 3개의 측면이 있는 기판은 정삼각형이지만, 측면의 길이가 다른 삼각을 갖는 다른 삼각형 형태를 사용할 수도 있다.
도 8에 나타낸 실시양태에서 제1 합성 단계는 측면 길이가 "a"인 정사각형 기판(71)으로부터의 성장을 포함하며, (001) 성장 표면과 <100> 엣지를 갖는 정사각형(71)(도 8a)은 완전 유효 회전을 성취하도록 a/2 거리 만큼의 측방향 성장이 일어나 <110> 엣지를 갖는 정사각형 면을 갖는 결정(73)(도 8b)을 형성한다. 이후 상기 정사각형을 이의 대각선(빗금친 라인(75)으로 나타낸 바와 같음)을 따라 절단하여 4개의 삼각형 부분(77)을 생성시키고, 이들 각각의 삼각형 부분은 2개의 <100> 엣지와 1개의 <110> 엣지를 갖는다. 간단함을 위하여 1개의 삼각형 부분(77)을 도 8c에서 설명하지만, 제2 및 제3 합성 성장이 수행될 수 있는 3개의 유사한 부분도 있다는 것을 알아야 한다. 제2 합성 단계에서 각각의 부분(77)을 사용하여 a/2 거리만큼 성장시켜 직사각형 부분(79)(도 8c)을 생성시킨다. 부분(77)으로부터의 측방향 성장은 도 8c에서 81 및 83으로 나타낸 2개의 삼각형 형태의 부분이고, 모두 측방향 성장 부분 (81) 및 (83)으로 이들 각각은 기판 성장 영역보다 훨씬 더 적은 전위를 함유한다. 전위 밀도가 더 낮은 이들 영역을 상기 도면에서 빗금으로 표시하였다. 기판 성장을 도 8c에서 77'로 표시하며, 전위 밀도가 더 낮은 영역이 아니기 때문에 빗금으로 표시되어 있지 않다. 제3 합성 단계에서 부분 (81) 및 (83)을 상기 성장한 직사각형(79)으로부터 절단하여 이들 각각을 완전 유효 회전으로 성장시킬 수 있는데, 이들의 <100> 엣지로부터 성장하여 정사각형 표면을 갖는 기판 (84)와 (84')를 형성하며, 삼각형 성장 구역 (85) 및 (87)은 각각 삼각형 기판 (81) 및 (83)으로부터의 측방향 성장이다. 측방향 성장으로부터 출발하여 측방향 성장을 생성시키는 기판 (84)와 (84')는 도 8d에서 해치된 어두운 부분으로 표시한 바와 같이, 둘다 전위 밀도가 더 낮은 영역이다. 이어서, 이의 기판 과성장(77')이 있는 초기 삼각형 기판을 사용하여 2개의 추가적인 성장 구역 (89)과 (90)을 생성시킬 수 있다(도 8c). 이들도 전위 밀도가 더 낮은 영역이기 때문에 다시 해치된 영역으로 나타낸다. 부분 (89) 및 (90)을 절단하여 가공을 반복할 수 있다. 도 8에 나타낸 실시양태는 단일 기판(71)으로부터 출발하여, 중간 크기의 CVD 성장한 다이아몬드 물질의 낮은 전위 밀도 플레이트의 이론적으로 무한한 공급원을 제공하는 방법을 나타낸다.
도 8을 언급하며 나타낸 실시예에서와 같이, <100> 배향된 2개의 측면이 있는 경우 다음 단계에 도달하는데 필요한 성장 시간이 <100> 배향된 측면이 1개만 있는 경우(도 7의 실시양태에서와 같음)와 비교하여 감소됨을 알아야 한다. 이는 동시에 2개 면에서 양호한 성장을 이루어진다는 사실을 이용하기 때문이다.
전술한 양태의 조합을 사용할 수 있다. 이들 상이한 실시예를 합하여 상이한 생성물을 수득할 수 있는 방법과 생성된 특정 생성물, 예를 들어 특별하게 향상된 개별 면적 또는 다수의 중간 또는 작은 면적 기판의 특별하게 향상된 전체 면적, 및 실질적으로 전위가 없는 기판이 어떻게 특별하게 유리할 수 있는지 당해 분야의 숙련가들에게 자명할 것이다.
도면을 참고하여 상기 언급된 실시양태들은 일반적으로 2개의 상이한 <100> 방향을 분리시키는 정사각형 코너가 있는 기판으로 기재된다. 실제로 본 발명은 2개의 수직 <100> 방향이 제2 또는 그 이상의 방향 성분에 의해 분리될 수 있는 기판, 예를 들어, <110>의 작은 구역에 적용된다. 당해 분야의 숙련가에 의해 계산될 수 있는 바와 같이, 그러한 기하학적 이슈에 의해 약간 수정되는 여러가지 실시양태를 참고하여 언급되는 바와 같이, 측방향 면적에서의 정확한 숫적 증가에도 불구하고, 당해 분야의 숙련가들은 수많은 이들 개념이 또한 주로 <110> 배향된 엣지가 있는 플레이트에 적용됨을 알게될 것이다.
도면에 나타낸 실시양태에서 페이퍼의 평면에서의 <100> 성장 속도는 페이퍼의 평면에 수직인 [001] 성장 속도와 동일한 것으로 추정된다. 실제로 이는 그 경우가 아닐 수 있다. 예를 들어, 측방향 <100> 성장 속도가 수직 [001] 성장 속도 보다 더 빠른 결정을 성장시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이들 인자는 상기 설명된 실시예에 나타낸 각각의 개별적인 합성 단계에 소요되는 성장 시간에 영향을 준다. 도면에서 다음 합성 단계에 도달하도록 성장시키는데 필요한 두께(예를 들어, a/2)가 한 단계에서 다음 단계로의 진행을 나타내는 화살표 위에 표시되는 경우, 이 두께는 측방향 <100> 및 수직 {001} 성장 속도가 동일한 조건임을 추정하는 것이다.
또한 설명된 실시양태들에서 회전된 성장이 원래의 기판의 코너 쪽으로만 계속되는 것으로 추정된다. 실제로 성장은 그러한 추가적인 성장이 {111} 트윈의 형성에 의해 방해받을 수 있지만, 조건이 양호하다면, 기판의 원래의 코너를 넘어 확장될 수 있다.
설명된 면적 증가를 성취하기 위해서는 바람직한 공정 변수, 예를 들어, α 변수에 대해 언급하면서 이전에 논의된 바와 같이, 온도, 가스 압력, 동력, 가공 화학(메탄, 질소, 수소, 산소, 아르곤 가스 등의 양) 등이 좋아야 한다. 그러나, 특정 용도의 경우, 바람직한 면적 증가를 성취하기에 가장 바람직한 공정 변수는 성장한 결정의 다른 목적하는 특성 면에서 바람직한 것이 아닐 수 있다.
이제, 본 발명을 다음과 같은 비제한 실시예에 의해 추가로 설명하고자 한다.
실시예
실시예 1 - 모두 <100> 엣지인 직사각형 기판
(001)의 대략 5°이내의 한쌍의 대략적으로 평행인 주면을 갖는 합성 타입 1b HPHT 다이아몬드 플레이트를 선택하였다. 상기 플레이트를 다음 단계를 포함하는 공정에 의한 단결정 CVD 다이아몬드 물질의 호모에피택셜 합성에 적합한 직사각형 기판으로 제작하였다:
(i) 상기 기판을 레이저 절단하여 모두 <100> 엣지인 플레이트를 생산하는 단계;
(ii) 성장이 일어날 상기 주표면을 랩핑(lapping)시키고 연마(polishing)하는 단계로, 상기 랩핑되고 연마된 부분은 약 5.0 ㎜ x 7.6 ㎜의 치수를 가지며 두께가 400 ㎛이고, 모두 {100}인 면을 갖는다. 이 단계에서의 표면조도(surface roughness) Ra는 50 x 50 ㎛ 이상의 측정 면적에 걸쳐서 10 ㎚ 미만이었다. 상기 Ra(때로는 "RA" 또는 "중앙성 평균" 또는 "c.l.a"로도 칭함)는 영국 표준(British Standard) BS 1134 Part 1 및 Part 2에 따라서 측정된, 0.08 ㎜의 길이에 걸쳐서 측정된, 스타일러스-프로필로미터(stylus profilometer)로 측정한 평균 라인으로부터 표면 프로필의 절대편차의 산술평균을 언급하는 것이다. Ra의 수학적 표시(문헌["Tribology", I.M. Hutchings, Pub. Edward Arnold (London), 1992, pages 8-9])는 다음과 같다:
Figure 112012057688810-pct00001
(즉, 일반적으로 0.08 ㎜의 길이에 걸쳐서 측정된, 스타일러스-프로필로미터로 측정한 표면 프로필의 절대편차의 산술평균). 스타일러스 프로필로메터를 사용한 Ra의 측정은 당해 분야에 숙지되어 있고 그러한 측정에 적합한 여러가지 도구가 있으며; 예를 들어, 본 발명자들은 "테일러 홉슨 폼탈리서프(Taylor Hobson FormTalysurf) 50"(영국 라이체스터 소재 테일러 홉슨 리미티드(Taylor Hobson Ltd))를 사용하였다.
도 1에 설명되어 있는 바와 같이, 기판을 고온 다이아몬드 물질 브레이즈를 사용하여 텅스텐 기판 캐리어 위에 걸어 본 발명의 첫 번째 양태의 방법에 따른 제1 기판을 제공하였다. 이어서 상기 기판과 이의 캐리어를 CVD 반응기 챔버에 넣고 챔버 안으로 다음과 같이 가스를 공급하여 에칭과 성장 사이클을 개시하였다:
먼저, 동소(in situ) 산소 플라즈마 에칭을 30260 Pa(230 Torr)의 압력과 787 ℃의 기판 온도에서 수행한 다음, 수소 에칭하는데, 산소는 이 단계에서 가스 흐름으로부터 제거하였다. 이어서 22 sccm(standard cubic centimetre per second)으로 메탄과 도판트(dopant) 가스를 첨가함으로써 성장 공정을 시작하였다. 상기 가공 가스중에 질소와 수소도 존재하였다. 이 단계에서의 기판 온도는 827 ℃ 였다. 후속해서 24시간에 걸쳐 메탄 함량이 30 sccm으로 증가하였다. 이들 성장 조건을 선택하여 α 변수 값의 범위가 결정학적 검사법에 의해 소급하여 측정한 바, 2.0±0.2였다.
상기 성장한 CVD 다이아몬드 플레이트의 연구로 상기 플레이트의 거의 완전 회전이 밝혀졌으며 이 플레이트에는 (001) 면 상에 트윈 및 크랙이 없었다. 상기 트윈이 없는 상부 (001) 면의 합성 후 치수는 9.4 ㎜ x 9.4 ㎜였으며 CVD 다이아몬드 물질층의 두께는 2.3 ㎜였다. 이 공정으로 식 0.5(a + b)2로부터 계산되는 바와 같이, 예를 들어 도 2d에 나타낸 실시양태를 참고로 하여 기재된 바와 같이, 완전 유효 회전에서 성취되는 기대치 8.9 ㎜ x 8.9 ㎜보다 1.06배 더 큰 플레이트가 수득되었다. 예측되는 100%와 비교하여 원래 기판보다 면적 증가 퍼센트가 132%이며, 따라서 상기 도 2e를 참고로 하여 설명되는 방식에서, 완전 유효 회전을 넘어서는 증가에 상응한다. 또한, 상기 샘플의 상부 (001) 표면에는 이의 엣지 쪽으로 모든 트윈과 다른 결함이 없었다.
실시예 2 - <110> 엣지가 있는 직사각형 기판
실시예 1의 플레이트와 동일한 선택 기준에 따라 기판으로서 합성 타입 1b HPHT 다이아몬드 플레이트를 선택하였다. 상기 플레이트를 레이저 절단하여 <110> 엣지에 의해 경계를 이루는, 4개의 작은 {110} 측면과 2개의 주 {001} 면으로 이루어진 플레이트를 수득하였다. 이어서 상기 플레이트를 실시예 1에서의 플레이트와 동일한 방법으로 랩핑하고 연마하였다. 이 방법을 사용하여, 치수가 6.38 ㎜ x 5.65 ㎜이며 두께가 0.60 ㎜인 기판을 제조하였다.
상기 기판을 주요 {001} 면 하나를 사용하여 캐리어 위에 걸었다. 이 플레이트를 하기 설명된 바와 같이 에칭 및 성장 사이클이 개시되는 반응기에 도입시켰다:
먼저, 동소 산소 플라즈마 에칭을 21 kPa에서 수행한 다음, 가스 흐름으로부터 O2를 동시에 제거하면서 수소 에칭을 수행하였다. 이어서 도판트 가스와 함께 메탄을 첨가하여 성장 공정을 개시하였다. 메탄은 40 sccm으로 도입시켰다. 질소 및 수소도 가공 가스에 존재하였다. 후속해서 24시간에 걸쳐 메탄 함량이 165 sccm까지 증가하였다. 이들 성장 조건을 선택하여 범위가 2.0±0.2인 α변수 값을 수득하였다. 이들 조건하에서의 성장은 100 시간보다 더 길게 계속하였다.
상기 성장 기간 완료시, 상기 기판을 반응기로부터 제거하고 CVD 다이아몬드 플레이트를 상기 기판으로부터 제거하였다.
상기 성장한 CVD 다이아몬드 플레이트의 연구로 상기 플레이트에는 (001) 성장면 상에 트윈 및 크랙이 없는 것으로 밝혀졌다. 상기 트윈이 없는 상부 (001) 면의 합성 후 치수는 8.0 ㎜ x 6.4 ㎜였으며 CVD 다이아몬드 물질 층의 두께는 3.1 ㎜였다. 이 공정으로 원래 기판보다 면적 증가 퍼센트가 42%인 플레이트가 수득되는 반면, 원래 면적보다 예측되는 면적 증가는 0%였다({110} 측면이 있는 (001) 기판은 "회전"이 일어나지 않으며 따라서 면적 증가를 기대할 수 없다). 예측되는 면적에서의 증가보다 더 높은 이유는 거의 α= 2인 조건하에서 성장이 있었기 때문으로 생각된다. 성장한 결정의 측정으로부터 α 변수의 후속되는 계산은 α 변수 값이 2.3인 것으로 나타났다. 또한, 상기 샘플의 상부 (001) 표면은 뜻밖에도 이의 엣지 쪽으로 모든 트윈과 다른 결함이 없었다; 보통 (110) 엣지면은 트위닝되기 쉬워 트윈이 상부 성장 표면을 잠식함에 따라 수직 방향으로의 성장을 제한한다. 거의 α= 2인 성장 조건이 이전에 논의된 바와 같이, (001) 성장 표면 상에서의 성장 불안정성을 피하는 것과 {110} 측면 상에서의 트윈 형성 간의 미세 균형을 유지시켰던 것으로 생각된다.
실시예 3 - 종횡비가 높은 직사각형 기판
3개의 합성 타입 1b HPHT 다이아몬드 플레이트를 선택하여 이전 실시예에서와 통일한 선택 기준을 사용하여 합성용으로 제조하였다. 본 실시예에서 사용되는 상기 3개의 플레이트 각각은 다음과 같이 3보다 큰 종횡비를 가졌다:
플레이트 1은 치수가 4.16 ㎜ x 0.88 ㎜이며(종횡비 4.73) 두께가 0.51 ㎜이었다.
플레이트 2는 치수가 3.89 ㎜ x 0.64 ㎜이며(종횡비 6.08) 두께가 0.51 ㎜이었다.
플레이트 3은 치수가 3.66 ㎜ x 0.97 ㎜이며(종횡비 3.77) 두께가 0.61 ㎜이었다.
이들 플레이트를 레이저 절단하고, 랩핑한 다음 연마하여 모두 {100}인 엣지면과 {001} 주면을 갖는 기판을 수득한 다음, 상기 절단되고, 랩핑되어 연마시킨 기판을 적합한 캐리어 위에 걸고 다수의 상이한 합성 공정을 통하여 성장시켰다. 조건은 가능한한 동일하였다. 일단 반응기에서 에칭 및 성장 사이클을 개시하였다. 에칭 조건은 실시예 1에서와 동일하였다. 성장 조건은 실시예 1에서와 동일하지만 메탄 도입을 대략 70시간에 걸쳐 22 sccm에서 34 sccm으로 증가시켰던 점이 예외이다. 이들 성장 조건을 선택하여 범위가 2.0±0.2인 α 변수 값을 수득하였다.
성장 후, 상기 3개의 CVD 다이아몬드 층의 연구로 (001) 성장면 위에 트윈 및 크랙이 없는 플레이트의 완전 회전이 드러났다. 상기 3개의 플레이트에 대한 상기 트윈이 없는 상부 (001) 면의 합성 후 치수는 다음과 같았다:
플레이트 1 - 6.0 ㎜ x 6.0 ㎜ 및 CVD 다이아몬드 층 두께 3.19 ㎜.
플레이트 2 - 5.6 ㎜ x 5.6 ㎜ 및 CVD 다이아몬드 층 두께 3.13 ㎜.
플레이트 3 - 5.6 ㎜ x 5.6 ㎜ 및 CVD 다이아몬드 층 두께 3.08 ㎜.
이 공정으로 식 [(a + b)/√2]로부터 계산되는 바와 같이, 플레이트 1, 2 및 3에 대해 각각, 완전 유효 회전에서 성취되는 예상치 3.56 ㎜ x 3.56 ㎜, 3.20 ㎜ x 3.20 ㎜, 및 3.27 ㎜ x 3.27 ㎜보다 훨씬 더 큰 치수를 갖는 플레이트가 수득되었다. 각 플레이트에 대해 원래 기판 면적보다 증가한 면적 퍼센트는 다음과 같았다:
플레이트 1 - 453%(예상치 250%)
플레이트 2 - 642%(예상치 191%)
플레이트 3 - 350%(예상치 201%)
상기 성장한 다이아몬드 물질을 측정하였고 알파 변수 값은 플레이트 1, 2 및 3에 대해 각각 2.3, 2.2 및 2.3으로 계산되었다. 또한, 상기 3개의 샘플 모두상부 (001) 표면에 이들의 엣지 쪽으로 모든 트윈과 다른 결함이 없었다.
본 실시예의 플레이트 1을 가공하여 0.42 캐러트의 라운드형 브릴리언트 컷 합성 보석을 생산하였다.
본 발명은 또한 신규한 특징 또는 숙련가가 조합하여 선택할 수 있는 것으로 이해하는 상기한 바와 같은 특징의 신규한 조합을 제공한다.

Claims (26)

  1. (a) (001) 주표면을 제공하는 제1 다이아몬드 기판을 제공하되, 상기 (001) 주표면이 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 경계를 이루고, 상기 1개 이상의 <100> 엣지의 길이가 상기 1개 이상의 <100> 엣지에 대해 직교하는 표면의 임의의 치수를 1.3:1 이상의 비율로 초과하는, 단계; 및
    (b) 화학증착(CVD) 합성 조건하에서 다이아몬드 물질 표면의 상기 (001) 주표면 상에서 다이아몬드 물질을 호모에피택셜 성장(homoepitaxially growing)시키되, 상기 다이아몬드 물질이 상기 (001) 주표면에 대해 수직으로 및 이로부터 측방향으로 둘다 성장하는 단계를 포함하는, 성장한 단결정 다이아몬드 기판의 제조 방법에 있어서,
    제공된 제1 다이아몬드 기판이 (001) 주표면을 제공하고, 상기 주표면이 1개 이상의 <100> 엣지에 의해 경계를 이루고, 상기 다이아몬드 물질의 (001) 주표면 상에서 다이아몬드 물질을 호모에피택셜 성장시키되, 다이아몬드 물질의 관련된 측방향 성장이 다이아몬드 물질의 상기 (001) 주표면의 완전 유효 회전이 성취될 정도로 충분하게 큰, 충분한 두께의 성장한 다이아몬드 물질이 존재할 때까지, 상기 성장이 하나 이상의 단계로 계속되는 단계를 포함하며,
    CVD 공정 중 α값의 범위가 1.4 내지 2.6이고, 이때 α = (√3 x <001>에서의 성장 속도) ÷ <111>에서의 성장 속도인, 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    출발 다이아몬드 기판이 직사각형인 (001) 주표면을 제공하는, 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    직사각형 기판이 <100> 엣지에 의해 경계를 이루는, 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    (001) 주표면을 갖는 전구체 다이아몬드 기판을 제공하고, 상기 전구체 다이아몬드 기판으로부터 내접하는 직사각형 다이아몬드 기판을 절단하되, 상기 내접하는 직사각형 기판이 <100> 엣지를 갖도록 절단되고, 상기 절단된 내접하는 직사각형 기판이 제1 다이아몬드 기판을 제공하는 초기 단계를 포함하는, 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    절단된 직사각형이 a+b의 값이 최대가 되도록 절단되고, 이때 a와 b가 각각 직사각형 기판의 장측 및 단측 측면 길이인, 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    전구체 기판을 n개의 직사각형 기판 형태로 절단하고, 이때 n이 1 초과인 단계를 포함하는, 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    n개의 직사각형 기판 각각을 제1 기판으로 사용하고, 각각의 성장한 다이아몬드 물질이 (001) 주표면을 갖고, 성장한 다이아몬드 물질의 (001) 주표면의 전체 면적이, 절단되지 않고 (001) 주표면에 대해 완전 유효 회전까지 성장시킬 때, 전구체 기판으로부터 성장한 다이아몬드 물질의 면적의 120% 이상인, 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    제1 다이아몬드 기판이 삼각형인 (001) 주표면을 제공하는, 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    삼각형인 주표면이 1개의 <100> 엣지와 2개의 <110> 엣지, 또는 2개의 <100> 엣지와 1개의 <110> 엣지에 의해 경계를 이루는 직각 삼각형인, 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    (a) 성장한 단결정 다이아몬드 기판의 측방향 성장 영역으로부터 다이아몬드 물질의 구역을 절단하여 절단된 다이아몬드 구역이 <100> 엣지가 있는 (001) 표면을 제공하는 단계, 및 (b) 상기 절단된 다이아몬드 구역의 (001) 표면 상에서 다이아몬드 물질을 호모에피택셜 성장시키는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    절단된 측방향 성장 구역이 직사각형 또는 삼각형 (001) 표면을 제공하는, 제조 방법.
  13. 제3항에 있어서,
    각각 (001) 주표면과 서로 인접하고 있는 1개 이상의 <100> 엣지를 갖는 2개 이상의 직사각형 기판을 배치하여 상기 2개 이상의 직사각형 기판 중 하나의 최장 <100> 엣지의 길이를 초과하는 연속적인 <100> 엣지를 제공하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제1항 및 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    α의 범위가 1.8 내지 2.2인, 제조 방법.
  16. 제1항 및 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    호모에피택셜 CVD 성장한 다이아몬드 물질을 플레이트로 가공하는 단계를 포함하는 단결정 다이아몬드 플레이트를 제조하기 위한, 제조 방법.
  17. 다수의 전위열을 함유하고, 각각의 열이 <001> 방향으로 연장되고, 각각의 전위열이 (001) 평면 상으로 돌출시 점을 구획하고, 상기 점이 연결될 때 <100> 방향으로 연장되는 제1 길이, 및 제1 라인과 교차하는 제2 길이를 구획하고, <100> 또는 <110> 방향 중 하나로 연장되고, 상기 제1 길이 대 제2 길이의 비, 또는 역의 비가 1.3:1 이상인, 성장한 단결정 CVD 다이아몬드 물질.
  18. 제17항에 있어서,
    각각의 전위열이 (001) 평면 상으로 돌출시 교차되어 점을 구획하고, 상기 점이 연결될 때 <100> 방향으로 연장되는 4개의 길이를 구획하고, 상기 길이가 종횡비가 1.3:1 이상인 직사각형을 형성하는, 성장한 단결정 CVD 다이아몬드 물질.
  19. 제17항에 있어서,
    각각의 전위열이 (001) 평면 상으로 돌출시 점을 구획하고, 상기 점이 연결될 때 2개의 <100> 길이와 1개의 <011> 길이, 또는 1개의 <100> 길이와 2개의 <011> 길이를 구획하고, 길이가 직각 이등변 삼각형을 형성하는, 성장한 단결정 CVD 다이아몬드 물질.
  20. 삭제
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