RU2011151979A

RU2011151979A - Способ обработки монокристаллического cvd-алмаза и полученный продукт

Info

Publication number: RU2011151979A
Application number: RU2011151979/05A
Authority: RU
Inventors: Дэниэл Джеймс ТВИТЧЕН; Сара Луиз ГЕЙГАН; Нил ПЕРКИНС; Ризван Уддин Ахмад ХАН
Original assignee: Элемент Сикс Лимитед
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2013-08-10
Also published as: RU2580916C1; CN102575380B; JP2015134722A; IL217011A0; WO2010149776A1; CN102471923A; WO2010149779A1; CN104630882A; SG177261A1; CA2765804C; TR201816224T4; CN102575379A; JP2012530674A; SG176933A1; MY157153A; RU2497981C2; EP2446070A1; CN102575379B; IL217010A; JP5877428B2

Abstract

1. Способ, содержащий:i) предусматривание монокристаллического алмазного материала, который был выращен методом CVD, и содержит одиночный замещающий азот (N ), и имеет спектр поглощения с таким общим интегральным поглощением в видимом диапазоне от 350 нм до 750 нм, что по меньшей мере 10% этого интегрального поглощения можно приписать N ;(ii) облучение предусмотренного CVD-алмазного материала с тем, чтобы ввести изолированные вакансии V в по меньшей мере часть предусмотренного CVD-алмазного материала, так что концентрация изолированных вакансий в облученном алмазном материале составляет по меньшей мере 0,05 млни самое большее 1 млн; и(iii) отжиг облученного алмазного материала с тем, чтобы сформировать NV-центры в по меньшей мере части предусмотренного CVD-алмазного материала из по меньшей мере некоторых из дефектов одиночного замещающего азота (N ) и введенных изолированных вакансий.2. Способ по п.1, при этом стадия облучения предусмотренного CVD-алмазного материала вводит в материал изолированные вакансии с общей концентрацией [V] в частях на миллион, которая составляет более 0,1·[N ]-концентрацию в млнв предусмотренном CVD-алмазном материале и составляет менее 0,9·[N ]-концентрацию в млнв предусмотренном CVD-алмазном материале.3. Способ по п.1, содержащий обеспечение подложки и газа-источника; и обеспечение возможности гомоэпитаксиального синтеза алмаза на подложке, причем среда синтеза содержит азот с атомной концентрацией от примерно 0,4 млндо примерно 50 млн; и при этом газ-источник содержит: (а) атомную долю водорода, H, от примерно 0,4 до примерно 0,75; (b) атомную долю углерода, C, от примерно 0,15 до примерно 0,3; (с) атомную долю кислорода, O,

Claims

1. Способ, содержащий:

i) предусматривание монокристаллического алмазного материала, который был выращен методом CVD, и содержит одиночный замещающий азот (N_s ⁰), и имеет спектр поглощения с таким общим интегральным поглощением в видимом диапазоне от 350 нм до 750 нм, что по меньшей мере 10% этого интегрального поглощения можно приписать N_s ⁰;

(ii) облучение предусмотренного CVD-алмазного материала с тем, чтобы ввести изолированные вакансии V в по меньшей мере часть предусмотренного CVD-алмазного материала, так что концентрация изолированных вакансий в облученном алмазном материале составляет по меньшей мере 0,05 млн^-1 и самое большее 1 млн^-1; и

(iii) отжиг облученного алмазного материала с тем, чтобы сформировать NV-центры в по меньшей мере части предусмотренного CVD-алмазного материала из по меньшей мере некоторых из дефектов одиночного замещающего азота (N_s ⁰) и введенных изолированных вакансий.

2. Способ по п.1, при этом стадия облучения предусмотренного CVD-алмазного материала вводит в материал изолированные вакансии с общей концентрацией [V_T] в частях на миллион, которая составляет более 0,1·[N_s ⁰]-концентрацию в млн^-1 в предусмотренном CVD-алмазном материале и составляет менее 0,9·[N_s ⁰]-концентрацию в млн^-1 в предусмотренном CVD-алмазном материале.

3. Способ по п.1, содержащий обеспечение подложки и газа-источника; и обеспечение возможности гомоэпитаксиального синтеза алмаза на подложке, причем среда синтеза содержит азот с атомной концентрацией от примерно 0,4 млн^-1 до примерно 50 млн^-1; и при этом газ-источник содержит: (а) атомную долю водорода, H_f, от примерно 0,4 до примерно 0,75; (b) атомную долю углерода, C_f, от примерно 0,15 до примерно 0,3; (с) атомную долю кислорода, O_f, от примерно 0,13 до примерно 0,4; при этом H_f+C_f+O_f=1; при этом отношение атомной доли углерода к атомной доле кислорода, C_f:O_f, удовлетворяет отношению примерно 0,45:1<C_f:O_f< примерно 1,25:1; при этом газ-источник содержит атомы водорода, добавленные в виде молекул водорода, Н₂, при атомной доле общего числа присутствующих атомов водорода, кислорода и углерода между 0,05 и 0,4; и при этом атомные доли H_f, C_f и O_f представляют собой доли общего числа атомов водорода, кислорода и углерода, присутствующих в газе-источнике, причем процесс синтеза алмаза дает упомянутый CVD-алмазный материал, предусмотренный на стадии (i) способа по п.1 или 2, или обеспечивает выращенный методом CVD с добавлением кислорода алмазный материал-предшественник, который может быть обработан с получением упомянутого CVD-алмазного материала, предусмотренного стадией (i) способа по п.1 или 2.

4. Способ по п.3, при этом процесс синтеза алмаза дает алмазный материал-предшественник, и способ содержит обработку алмазного материала-предшественника отжигом выращенного CVD-алмазного материала при температуре по меньшей мере 1600°С с получением упомянутого CVD-алмаза, предусмотренного стадией (i) способа.

5. Способ по п.1, содержащий предусматривание выращенного традиционным методом CVD алмазного материала-предшественника, содержащего одиночный замещающий азот (N_s ⁰) и имеющего спектр поглощения с таким общим интегральным поглощением в видимом диапазоне от 350 нм до 750 нм, что менее 10% этого интегрального поглощения можно приписать N_s ⁰, а затем отжиг выращенного CVD-алмазного материала при температуре по меньшей мере 1600°С с получением упомянутого CVD-алмазного материала, предусмотренного стадией (i) способа.

6. Способ по п.1, причем продолжительность отжига выбирают для достижения стадии, при которой любой последующий отжиг при той же температуре ведет к менее чем 10%-ному изменению концентрации NV-центров.

7. Способ по п.1, при этом предусмотренный алмазный материал до облучения имеет следующие характеристики поглощения, измеренные при комнатной температуре:

Обозначение Начало (нм) Конец (нм) Пик (нм) Коэффициент поглощения на пике (см^-1) 270 нм N_s ⁰ 220 325 270 <4 полоса 350 нм Часть «Х» 270 450 350±10 <0,7 полоса 510 нм Часть «Х» 420 640 510±50 <0,3

8. Способ по п.1, при этом по меньшей мере 50% предусмотренного CVD-алмазного материала образовано из единого сектора роста.

9. Способ по п.1, при этом предусмотренный CVD-алмазный материал на стадии (i) имеет концентрацию бора [B], которая составляет менее 5·10¹⁵ см^-3.

10. Способ по п.1, при этом предусмотренный CVD-алмазный материал на стадии (i) способа является частью более крупного фрагмента алмазного материала.

11. Способ по п.1, при этом стадию облучения предусмотренного CVD-алмазного материала осуществляют с использованием электронного пучка.

12. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал, который имеет следующую характеристику поглощения, измеренную при комнатной температуре:

Признак Предел Экспериментальные примечания 3107 см^-1 Отсутствует или ≤0,1 см^-1 Измерено FTIR при комнатной температуре с разрешением по волновому числу 1 см^-1

и который имеет цвет, который квалифицируют как фантазийный бледно-розовый, когда находится в форме 0,5 ct RBC, или в противном случае характеризуется следующим образом для эквивалента 0,5 ct RBC:

Характеристика Диапазон Угол цветового тона α 0°-60° C* 3,0-20 L* >70

13. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.12, имеющий следующие характеристики:

[V⁰] GR1 <0,3 млн^-1 [V^-] ND1 <0,3 млн^-1 [N_s ⁰] <0,5 млн^-1 [Цепочки V] максимальная концентрация <20 см^-1 при 250 нм

14. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал, имеющий следующие характеристики:

[V⁰] GR1 <0,3 млн^-1 [V^-] ND1 <0,3 млн^-1 [N_s ⁰] <0,5 млн^-1 [NV] ≥10¹² см^-3

15. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.14, имеющий поглощение V_chain при 250 нм, которое составляет менее 20 см^-1.

16. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.14, имеющий значение Т2, которое составляет более 100 мкс.

17. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.12 или 14, при этом отношение ([NV^-]+[NV⁰])/[N_s ⁰] составляет более 0,16.

18. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.12, содержащий по меньшей мере 10⁷ см^-3 NV^--центров.

19. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.12 или 14, содержащий самое большее 10¹³ см^-3 NV^--центров.

20. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.12 или 14, содержащий по меньшей мере 9·10¹⁵ см^-3 NV_T-центров.

21. CVD-синтетический монокристаллический алмазный материал по п.12 или 14, содержащий самое большее 10¹⁸ см^-3 NV_T-центров.