TR201816224T4 - Fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yeşil tek kristalli CVD elmas yapmak için usul ve elde edilen ürün. - Google Patents

Abstract

Fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yeşil CVD elmas malzemesi yapmanın bir usulü açıklanmaktadır. Usul, elmas malzemesi içinde izole boşluklar oluşturmak için, bir CVD işlemiyle büyütülmüş tek kristalli elmas malzemesinin elektronlarla ışınlanmasını içerir, ışınlanmış (veya ışınlandıktan sonra başka bir işlemden geçirilmiş) elmas malzemesinde toplam boşluk konsantrasyonu [VT] ve yol uzunluğu L, [VT] x L en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm olacak şekildedir ve elmas malzemesinin rengi fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yeşil olur. Fantezi soluk mavi elmaslar da açıklanmaktadır.

Description

TARIFNAME FANTEZI SOLUK MAVI VEYA FANTEZI SOLUK MAVI/YESIL TEK KRISTALLI CVD ELMAS YAPMAK IÇIN USUL VE ELDE EDILEN ÜRÜN Açiklama Bu bulus bir CVD (kimyasal buhar birakimi) islemiyle yapilmis elmas malzemesini isinlayarak fantezi soluk mavi veya fantez soluk mavi/yesil elmas malzemesi yapmak için bir usule iliskindir. Bulus ayrica bizzat bir fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD elmas malzemesine iliskindir. alisilmadik renklerde elmaslari belirtmek için kullanilir. Munsell renk kartelalarinin kullanimi da dâhil olmak üzere, fantezi renkli elmas degerli taslar siniflandirmasinin yararli bir tarihi ve geçmisi King ve digerleri tarafindan Gems & Gemology, Cilt 30, No. 4, l994°te (sayfa 220-242) verilmektedir. Belirgin bir renk miktari sergileyen elmas malzemeleri bu alanda “fantezi” renkli elmaslar olarak bilinmektedir. Bu belirgin rengi göstermeyen diger elmas malzemeleri Gemological Institute of America (GIA) ölçegi kullanilarak siniflandirilabilir. Bu ölçek elmas malzemelerini alfabetik olarak D,den Z,ye siniflandirir. GIA ölçegi iyi bilinmektedir. D, GIA ölçegindeki en kaliteli ve en renksiz elmas malzemesini temsil eder ve Z GIA ölçegindeki en düsük kaliteyi temsil eder, Z sinifi elmas malzemesi çiplak gözle açik sari görünür. Daha yüksek kaliteli elmas malzemelerinin (GIA ölçeginde D sinifina daha yakin olanlar) genel olarak hem degerli tas ticaretinde hem sinai uygulamalar için düsük kaliteli elmas inalzemelerinden (Z sinifina daha yakin olanlar) daha çok arzu edilir oldugu düsünülür. Elmas malzemesinin rengi Z sinifindakinden daha belirgin oldugunda, rengi ne olursa olsun “fantezi” elmas olarak adlandirilir. Ancak elmas malzemesinde mavi gibi çekici 'bir renk görüldügünde, doygunlugu alfabede Z°den önce siniflandirilabilecek sekilde oldugunda bile, siklikla fantezi renkli elmas olarak tanimlanir. Siniflandirma GIA ölçegine göre yapildiginda, elmas siniflandirioilar D, E, F ila Z olarak siniflandirilan ve rengi renksizden (Flye kadar bütün siniflar için) soluk sarilar ila koyu sarilara (G ila Z) giden bir örnek elmas taslari takimini kullanirlar. Siniflandirilacak elmas malzemesi örnek takimiyla karsilastirilir ve sonra renk doygunluguna göre örnek takimindaki en yakin tasin karsisina yerlestirilir. Bu, Siniflandirilacak elmas için renk sinifi harfini belirler, örnegin H veya K.

Renk sinifi harfi belirlendikten sonra, G-Z siniflari için renk siniflandiriei renk sinifi harfine eslik edecek bir renk de belirleyecektir. Bu renk örnegin kahverengi, sari veya mavi olabilir. Dolayisiyla, örnegin bir tas, renk doygunlugu onu renk siniflandiricinin renksizden koyu sariya kadar taslar takiminda H tasinin en yakinina yerlestiriyorsa ve fark edilebilir bir kahverengine sahipse H (kahverengi) olarak siniflandirilabilir. Renk tayinleri açisindan, kahverengi taslarin renk tonu açisi (hue angle) 0° ila 90°”nin alti araligindadir ve sari taslarin renk tonu açisi 90°- l30° arasindadir.

Dogal olarak olusan mavi elmaslar bilinmektedir. Esas tibariyla hiç azot içermeyen, ama bor içeren tip Ilb elmas malzemesi kirmizi, turuncu ve sari isigi absorbe eder. Dolayisiyla bu elmas malzemesi genellikle mavi görünür. EP0615954A`nin (Sumitomo) girisinde, tip renklerini gösteren bir tablo bulunmaktadir.

Orijinal olarak inavi olmayan elmaslar islemden geçirilerek elde edilen mavi de dâhil olmak üzere fantezi renkli elmaslarin olusturulmasi da bilinmektedir. Örnegin John Walker l979lda diger seylerin yani sira, herhangi bir elmasin isinlanmasinin, absorpsiyon spektrumunun kirmizi ve mor kismindaki absorpsiyon bantlarina bagli bir mavi-yesil renklenmesine yol açtigi açiklanmaktadir. GR] absorpsiyon banti denilen bu banta, elmas yapisindaki nötr izole bosluklarin (V0) neden oldugu anlasilmaktadir, her izole bosluk bir olarak iliskilidir, bu GRl merkezinin tamamen bir kristal yapi kusuru oldugunu ve elinastaki herhangi bir katiskiyla iliskili olmadigini gösterir. Elmas malzemesinde isinlamanin neden oldugu mavi-yesil renklenme Walker yayininda örnekleninektedir. bosluklar) olusturmak için sentetik Yüksek Basinçli/Yüksek Sicaklikli (HPHT) elmas malzemesinin bir elektron isiniyla veya bir nötron isiniyla isinlanmasi açiklanmaktadir.

Daha sonra elmas kristali renk merkezleri olusturmak için saptanmis bir sicaklik araliginda tavlanir. Bu yayinlarda mor ve kirmizi/pembe elmas malzemelerinin üretimi açiklanmaktadir.

JP2571797 B2,de mavimsi yesil bir elmas elde etmek için HPHT elmas malzemesinin 5 x ve isinlanmis malzemenin 1 saat 600°C civarinda bir sicaklikta tavlanmasiyla, sicaklik farki usulüyle sentezlenen ve 3 ppmiden (milyonda pay) (5 x 1017 atom/cm3) az veya buna esit tip Ib azot içeren bir tip Ib HPHT elmasin isinlanmasi açiklanmaktadir.

USZOO4/1754999da tek kristalli CVD elmasin baska renklerini üretmek için kahverengi tek kristalli CVD elmas malzemesinin tavlanmasi açiklanmaktadir.

Bu çerçevede, bulus ilisikteki istemler 19 ve 20,de tanimlandigi gibi fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmasi sunmaktadir. Bulus ayrica istem l-l8”de tanimlandigi gibi, fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmas yapmanin bir usulünü sunmaktadir.

Bu bulus bir ilk yönüyle, fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmas malzemesi yapmak için asagidaki asamalari içeren bir usul sunmaktadir: i) bir CVD islemiyle büyütülmüs tek kristalli elmas malzemesi temin etmek, elmas malzemesinin [NSO] konsantrasyonu 1 ppm”nin altindadir, temin edilen CVD elmas malzemesi renksizdir veya renksiz degilse rengi kahverengi veya sari olarak siniflandirilir ve rengi kahverengi olarak siniflandirilirsa, 0.5 ct Yuvarlak Pirlanta Kesim (Round Briliant Cut) elmas tasi için G (kahverengi) veya daha iyi bir renk sinifina sahiptir ve rengi sari olarak siniflandirilirsa, 0.5 ct Yuvarlak Pirlanta Kesim elmas tasi için T (sari) veya daha iyi bir renk sinifina sahiptir; ve (ii) temin edilen CVD elmas malzemesini elektronlarla isinlayarak, bu asamada veya isinlama sonrasi baska bir islemden sonra isinlanmis elmas malzemesindeki toplam bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu ([VT] x L) çarpiminin en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm olacagi sekilde elmas malzemesi içinde izole bosluklar olusturmak, böylece elmas malzemesi fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil renkli olur.

NS0 terimi elmas malzemesindeki tek sübstitüsyonlu azot atomlarini belirtmektedir.

Herhangi bir spesifik elmas tasinin algilanan rengi elmasin büyüklügüne ve kesimine baglidir. Dolayisiyla, elmas malzemesinin renk sinifina referansta bulunuldugunda, bu genellikle standart bir büyüklük (genellikle 0.5 kirat (ct)) ve standart bir kesim (genellikle yuvarlak pirlanta kesim (çogunlukla RBC veya rbc olarak bilinir)) esas alinarak belirtilir.

Ister 0.5 kirattan büyük veya küçük veya ister yuvarlak pirlanta kesim veya herhangi bir baska kesim olsun, herhangi bir belirli elmas tasi için, renk sinifini standart büyüklüge ve kesime gre ayarlamak için modeller vardir. Dolayisiyla, bulusun ilk yönüne uygun usulde kullanilan temin edilen elmas malzemesi herhangi bir büyüklük veya kesimde olabilir, ama belirtildiginde renk sinifi, standart 0.5 kirat büyüklügünde ve standart yuvarlak parlak kesimde o elmas malzemesi için renk sinifina göre ayarlanir.

Izole bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpiminin sinirlari asagidaki gibi ifade edilebilir: 1 ppm”nin 1.76 X 1017 cm'3,e esit oldugu bilinerek, bu alternatif olarak asagidaki gibi yazilabilir: Yuvarlak pirlanta kesim bir parlak degerli tas için yol uzunlugunun tasin derinliginin 2 kati oldugu varsayilir. Örnegin tas derinligi 0.3 cm ve dolayisiyla ortalama yol uzunlugu 0.6 cm olan 0.5 ct yuvarlak pirlanta kesim bir elmas malzemesi için sinirlar söyle olacaktir: 0.6 ppm 2 [VT] 2 0.12 ppm Bulusun ilk yönüne uygun usulün (i) asamasinda temin edilen CVD elmas bu tarifnamede asamasi bulusun düzenlemelerinin usulünün parçasi olabilir veya olmayabilir. Bir CVD elmas malzemesi temin edilmesi basit bir sekilde örnegin önceden büyütülmüs bir CVD elmas malzemesinin seçilmesi anlamina gelebilir.

Bulusun usulündeki temin edilen CVD elmas malzemesinin [N50] konsantrasyonu (yani tek sübstitüsyonlu azot kusurlarinin konsantrasyonu) l ppmsnin altindadir. Temin edilen CVD elmas malzemesinin rengi [N50] konsantrasyonuna ve elmas malzemesinin büyütülme biçimine göre degisebilir. [N50] kusurlarinin, özellikle 0.3 ct rbc”den büyük taslarda 0.3 ppm”den yüksek konsantrasyonlarda elmas malzemesine sari bir renk verdigi bilinmektedir.

Bir CVD büyüme ortaminda düsük konsantrasyonlarda azotun varliginin, elmas malzemesi büyürken bir CVD sentetik elmas malzemesine dâhil edilen baska kusurlarin yapisini ve konsantrasyonunu etkileyebildigi ve bu baska kusurlarin en azindan bir kisminin CVD elmas malzemesinin rengine katkida bulunarak, tipik olarak elmas malzemesine kahverengi bir renk veren renk merkezleri temin ettigi de bilinmektedir.

Düsük konsantrasyonlarda azotun varliginda büyüyen CVD elmasin kahverengi bir renk almasina katkida bulunan bu renk merkezlerinin tek kristalli CVD elmasa veya tek kristalli CVD elmasin katmanlarindan kesilen veya üretilen parçalara özgü oldugu da bilinmektedir. Ayrica, CVD elmastaki kahverengi renklenmeye katkida bulunan renk merkezlerinin dogal elmasta gözlemlenen herhangi bir kahverengi renklenmeye katkida bulunanlardan farkli oldugu bilinmektedir, çünkü CVD elmas malzemesindeki kusurlar büyüyen CVD elmas malzemesinin absorpsiyon spektrumlarinda, dogal elmasin absorpsiyon spektrumlarinda bulunmayan absorpsiyon bantlarina neden olur. Bunun kanitlari, kahverengi dogal elmasta gözlemlenmeyen bir enfranij eksitasyon kaynagiyla (örnegin 785 nm veya 1064 nm) gözlemlenebilen elmas disi karbondan Raman saçilimindan gelmektedir. Ayrica, dogal elmas malzemesindeki bu renk merkezlerinin CVD elmas malzemesindekilerden farkli bir sicaklikta tavlandigi bilinmektedir.

Düsük konsantrasyonlarda azotun dâhil edildigi islemlerde üretilen CVD sentetik elmasta görülen kahverengi renklenmeye katkida bulunan renk merkezlerinin bazilarinin, tek kristalli CVD elmas içindeki elmas baglanmasinin lokal olarak bozulmasiyla iliskili olduguna inanilmaktadir. Kusurlarin kesin yapisi tam olarak anlasilmamaktadir, ama kusurlarin yapisini incelemek ve kavrayisimizi biraz gelistirmek için elektron paramanyetik rezonans (EPR) ve optik absorpsiyon spektroskopisi tekniklerinin kullanimindan yararlanilir. Büyüyen CVD sentetik elmas malzemesinde azotun varligi, büyüyen CVD malzemesi için absorpsiyon spektruinlarina bakilarak kanitlanabilir ve bu spektrumlarin analizi var olan kusurun farkli türlerinin nispi oranlarinin bir göstergesini saglar. Sentez ortamina ilave edilen azotla büyütülen büyümüs CVD sentetik elmas malzemesi için tipik bir spektrum, elmas kristal yapisindaki nötr tek sübstitüsyonlu azot (N50) atomlarinin varliginin yol açtigi, yaklasik 270 nm,de bir pik gösterir. Ayrica yaklasik 350 nm”de ve yaklasik olarak 510 nm”de CVD sentetik elmas malzemesine özel ve özgü baska kusurlara karsilik gelen pikler gözlemlenmistir ve öte yandan, 0 x %3 formunda yükselen bir zemin olan bir “rampa” gözlemlenmistir, burada 0 bir sabittir ve ?0 dalga uzunlugudur. NS0 esas olarak 270 nm`deki pikiyle tanimlabilmekle birlikte, daha yüksek dalga uzunluklarinda, özellikle, genel olarak 350 nm ila 750 nm dalga uzunlugu araligini kapsadigi düsünülen spektrumun görünür kismindaki dalga uzunluklarinda absorpsiyon spektrumuna daha küçük miktarlarda katkida bulunur.

CVD elmas malzemesinin absorpsiyon spektrumunun görünür kismindaki özelliklerin, yani (a) spektrumun görünür kismindaki NS0 katkisi, (b) 350 nm piki, (c) 510 nm piki ve (d) rampa özelliginin kombinasyonu elmas malzemesinin alginan rengini etkiler ve azot katkili CVD sentetik elmas malzemesinde tipik olarak görülen kahverenginden bunun sorumlu olduguna inanilir. 350 nm ve 510 nm°deki pikler dogal elinaslarin absorpsiyon spektrumlarinda da, sentetik elmaslarin, örnegin EP615954A”da açiklanan tipte sentetik HPHT elmaslarin absorpsiyon spektrumlarinda da görülmez. Bu tarifnamenin amaçlari için, yukarida 350 nm, 510 nm ve rampa özellikleri olarak ele aldigimiz,spektrumun görünür kismindaki absorpsiyon spektrumuna katkida bulunan NS0 kusurlari disindaki bütün kusurlar hep birlikte “X kusurlari” olarak geçecektir. Yukarida belirtildigi gibi, su anda atomik bir seviyede bu kusurlarin yapisi anlasilmamakta, sadece büyüyen elmas malzemesinin absorpsiyon spektrumlari üzerindeki etkileri anlasilmaktadir. Bulusu herhangi bir sekilde baglamamak kosuluyla, kahverengi renklenmeden sorumlu olan kusurlarin yapisinin, plazmaya azot ilavesiyle es zamanli olarak bir hidrojen/metan (Hz/CH4) kaynak gazina yüksek büyüme hizlarinda büyüyen çok bosluklu kümelerin varligiyla iliskili olabilecegi düsünülmektedir (her küme onlarca, örnegin 30 veya 40 veya daha fazla bosluktan olusur). Bu kümeler termal olarak stabil degildir ve yüksek sicaklikta islemle (yani tavlama) bir dereceye kadar yok edilebilir. Azot ve hidrojen ve bir eksik karbon atomundan olusan NVH' (azot-bosluk-hidrojen) kusurlari gibi daha küçük boslukla iliskili kusurlarin kismen kahverenginden sorumlu olabilecegi düsünülmektedir ve bu kusurlar da yüksek sicaklikta islemle yok edilebilir.

Imalat usulüne ve [N50] konsantrasyonuna bagli olarak, bulusa uygun usullerde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesi, renksiz, hemen hemen renksiz, soluk sari veya soluk kahverengi görünebilir. Bu bulusun usullerine göre, temin edilen CVD elmasin rengi, Gemological Institute of America (GlA) ölçegine göre renksiz veya kahverengi veya sari olarak siniflandirilir ve kahverengiyse G (kahverengi) veya daha iyi siniflandirilir ve sariysa T (sari) veya daha iyi siniflandirilir (, Yukarida açiklandigi gibi, bu ölçek elmas malzemelerini D'den Z`ye alfabetik olarak sinitlandirir, elmas malzemesinin renk siniflandirmasi, renk siddeti veya doygunlugu (gerçek renk tonu - örnegin sari veya kahverengi- yerine) kontrollü aydinlatma ve hassas görüs kosullari altinda bilinen doygunluga sahip taslarla karsilastirilarak yapilir. D, GIA ölçeginde en yüksek sinif ve en renksiz elmas malzemesini temsil eder ve Z, GIA ölçeginde en düsük sinifi temsil eder, Z sinifi elmas malzemesi tipik olarak çiplak göze soluk sari veya kahverengi görünür. Daha yüksek sinif elmas malzemelerinin (GIA ölçeginde D sinifina yakin olanlar) hem degerli tas ticareti hem baska uygulamalarda genellikle düsük sinif elmas malzemelerine (Z sinifina yakin olanlar) göre daha çok istenir oldugu düsünülür; bu nedenle G sinifi veya daha iyi dedigimizde, alfabede G,den daha önceki bir harfi kastediyoruz. Sari veya kahverengi bir renk tonuna sahip elmas malzemeleri ayni ölçekte alfabetik olarak ve her renk sinifi için ayni örnek elmaslar takimina göre siniflandirilir. Bu nedenle, bir G (kahverengi) sinifi, bir rengin oldugu ve renk bileseninin kahverengi oldugu anlamina gelir. G (sari) sinifi elmas malzemesi G (kahverengi) sinifi elmas malzemesiyle ayni renk miktarina sahiptir, ama renk bileseni kahverengi degil saridir. Tipik olarak kahverengi elmas malzemesinin renk tonu açisi <90°1dir ve sari elmas malzemesinin renk tonu açisi 90°-130° arasindadir. F veya daha iyi olarak siniflandirilan elmas malzemesinin hiçbir görünür rengi yoktur ve sadece alfabetik olarak siniflandirilir veya alfabetik siniflandirmanin ardindan parantez içinde “renksiz” ifadesi yer alir. Elmas malzemesinin Z siniflandirmasindan daha yogun bir sari veya kahverengi tona sahip bir rengi varsa, “fantezi” renkli elmas malzemesi alanina girer.

Yukarida belirtildigi gibi, kaydedilecek kadar güçlü bir renge sahip, mavi gibi, sari veya kahverengi disinda saptanabilir bir renk tonunu haiz elmas malzemesi de “fantezi” olarak geçmektedir. Dolayisiyla mavi bir tona sahip elmas malzemesi, renk yogunlugu sari veya kahverengi elmas için olandan daha düsük oldugunda “fantezi” olarak adlandirilacaktir.

Bu bulusa göre, isinlamadan sonra bir fantezi soluk mavi elmas malzemesi elde etmek için, herhangi bir kahverengi temin edilen elmas malzemesi için G veya daha iyi bir renk sinifi avantajlidir. Öte yandan, herhangi bir sari temin edilen elmas malzemesi için T veya daha iyi bir renk sinifi avantajlidir, bu isinlamadan sonra bir fantezi soluk mavi/yesil elmas malzeinesi verir. Temin edilen elmas malzemesindeki sari miktari, [N50] konsantrasyonu arttirilarak arttirilabilir, ancak bunun X kusurlarini ve bunlarla iliskili kahverengi renklenme arttirilmadan yapilabilmesi gerekir. X kusurlari konsantrasyonunu minimumda tutarken düsük ve kontrollü azot seviyelerine sahip CVD elmasi avantajli bir sekilde büyütebildik. Bu CVD büyümesi için önemsiz degildir. Bu avantajli bir sekilde, morfoloji nedenleriyle avantajli olabilen CVD büyüme sürecinde azot temin etmenin yani sira, bazi düzenlemeler için, bulusa uygun isinlamadan sonra soluk mavi/yesil bir elmas malzemesi veren, temin edilen elmasta bir sari tonu elde etmek için yeterli azotun bulunmasina imkân verir. Avantajli bir sekilde, kahverengi kusurlari konsantrasyonunu düsük tutarken CVD elmastaki azot konsantrasyonunu hedefin %ZOasi içinde kontrol etmenin mümkün oldugunu kesfettik. Bu, avantajli bir sekilde, islemden geçirilmis (isinlanmis) elmas malzemesinin renk tonu açisinin istendigi gibi mavi ila mavi-yesil araliginda kontrol Temin edilen CVD elmas malzemesinin rengini tanimlamanin alternatif veya ek bir yolu, oda sicakligi absorpsiyon spektrumunun kullanilmasidir. Yukarida sözü edilen X kusurlarinin en aza indirilmesi ve temin edilen elmas malzemesinin absorpsiyon spektrumuna az katkida bulunmasi avantajlidir. Tipik olarak, temin edilen elmas malzemesinde [N30] konsantrasyonlari 0.1 ppmsden yüksek, ama 1 ppm`den düsükse, NS0 disindaki kusurlara atfedilebilen 350 nm,den 750 nm”ye kadar görünür araliktaki toplam bütünlesik absorpsiyonun %90”dan az olmasi, yani kahverengine yol açan X kusurlarinin en aza inmesi tercih edilir. [N50] konsantrasyonlari sifir veya çok düsük, örnegin 0.] ppm,nin altinda oldugunda, NS0 disindaki kusurlara atfedilebilen 350 nm,den 750 nm,ye kadar görünür araliktaki toplam bütünlesik absorpsiyonun, basit bir sekilde sadece [N30] konsantrasyonlari sifir veya çok düsük oldugu için, kahverengine yol açan X kusurlari çok düsük olsa bile muhtemelen %9071n üzerindedir. Bu tür durumlarda, absorpsiyon katsayisinin (spektrumlar 800 nm”de 0 cm`i 'e normalize edildiginde) 350 nm,de 0.5 cm"1 ,in altinda olmasi ve 510 nm'de 0.3 cm`l ,in altinda olmasi avantajlidir, bu düsük absorpsiyon katsayilari elmas malzeinesinde X kusurlarina yol açan kahverenginin düsük seviyesinin bir göstergesidir. [N80] konsantrasyonlarinin 0.1 ppm7nin üzerinde oldugu durumda, bizzat NS0 kusurlarindan 350 nm ve 510 nm7de absorpsiyon spektrumlarina katki nedeniyle, [X kusuru] konsantrasyonlari düsük oldugunda bile 350 nm ve 510 nm,de absorpsiyon katsayilarinin mutlak degerlerinin sirasiyla 0.5 cm" ve 0.3 cm`i ”in üzerinde olabildigi bildirilmektedir.

Bu bulus baska bir yönüyle, fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD tek kristalli elmas malzemesi yapmanin, asagidaki asamalari içeren bir usulünü sunmaktadir: i) bir CVD islemiyle büyütülmüs tek kristalli elmas malzemesinin temin edilmesi, elmas malzemesinin [N50] konsantrasyonu l ppm7nin altindadir, burada NS0 disindaki kusurlara atfedilebilen 350 nm°den 750 nm°ye kadar görünür araliktaki toplam bütünlesik altindadir ve 510 nm,de absorpsiyon katsayisi 0.3 cm`1 ,in altindadir ve (ii) bu asainada veya baska bir isinlama sonrasi islemden sonra, isinlanmis elmas malzemesinde toplam bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpimi [VT] X L en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm olacak sekilde, elmas malzeinesine izole bosluklar dâhil etmek üzere, temin edilen CVD elmas malzemesinin elektronlarla isinlanmasi, böylece elmas malzemesinin rengi fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil olur.

Bu tarifnamede kullanilan bütün örnekler için, bu tarifnamede belirtilen, N50 disindaki kusurlara atfedilebilen, temin edilen CVD elmasin absorpsiyon yüzdesini hesaplamak için kullanilan absorpsiyon pik yükseklikleri ve bütünlesik absorpsiyon degerleri, oda sicakliginda alinan sentetik CVD elmas malzemesinin UV/ görünür absorpsiyon spektrumu kullanilarak ölçülür.

Burada sözü edilen bütün oda sicakligi absorpsiyon spektrumlari, bir Perkin Elmer Lambda-19 spektrometresi kullanilarak toplandi. Spektrumlarda kaydedilen veriler (“ölçülen spektrum”) asagidaki gibi islemden geçirilerek, Nso”a atfedilebilen 350 nm ila 750 nm araliginda ölçülen absorpsiyonun oranina ve baska kusurlara (X kusurlari) atfedilebilen ölçülen absorpsiyonun oranina iliskin bilgi elde edildi. a. Bir yansima kaybi spektrumu, tablo halinde düzenlenmis kirilma indeksi verileri ve paralel yüzlü bir plakada yansima kaybi için standart ifadeler kullanilarak olusturuldu. sonraki yansima kaybi standart Fresnel denklemi kullanilarak hesaplandi. b. Yansima kaybi spektrumu, ölçülen absorbans verilerinden çikartildi ve örnek için bir absorpsiyon katsayisi elde edilen spektrumdan olusturuldu. c. Ölçülen spektrumun N50,& atfedilebilen bilesenini belirlemek için, tip Ib HPHT sentetik elmas (absorpsiyonun sadece Ns°°a atfedildigi) için bir absorpsiyon spektrumu, ölçülen spektrumdan çikartildiginda ölçülen spektrumdan 270 nm pikini esas itibariyla yok edene kadar ölçeklendi. Bu ölçekleme azot konsantrasyonunun belirlenmesine imkân verir. d. 350 nm`den (yani uzanan spektrumun görünür bölgesi kullanilarak, görünür bölgedeki bütünlesik absorpsiyon, ölçülen örnek spektrum için ve bunun Nso°a atfedilebilen bileseni için belirlendi ve NS0 kusurlarina atfedilebilen bütünlesik absorpsiyon yüzdesi hesaplandi. e. Uygulamada, yansima kayiplari genellikle teorik degerlerden yüksektir ve bu dalga uzunluguna spesifik kalorimetri usullerine basvurmadan mutlak absorpsiyon katsayisi degerlerinin belirlenmesini güçlestirir. Dogrudan absorpsiyonla iliskili olmayan ek kayiplar için düzeltme yapmak için asagidaki rutin kullanildi. Daha düsük enerjilere dogru, genellikle belirli bir enerjinin altinda ölçülen absorpsiyon artik enerjiyle birlikte önemli degisiklik göstermedi. Absorpsiyon katsayisi verileri, absorpsiyon katsayisinin 800 nm'de sifir olacagi sekilde kaydi.

Bu bulusa uygun usullerin farkli düzenlemelerine göre, temin edilen CVD elmas NS0 içerebilir veya içermeyebilir. NS0 içerdiginde bu bulusun sentetik CVD elmas malzemesinde bulunan [N50] konsantrasyonu <5x1015 cm`3 seviyeleri için EPR kullanilarak ve daha yüksek konsantrasyonlar için UV görünür optik absorpsiyon teknikleri kullanilarak ölçülebilir.

Nötr yük durumu içerigindeki [NSO], elektron paramanyetik rezonansi (EPR) kullanilarak ölçülebilir. Usul bu alanda iyi bilinmekle birlikte, tamamlama amaciyla burada özetlenmektedir. EPR kullanilarak yapilan ölçümlerde, belirli bir paramanyetik kusurun (örnegin nötr tek sübstitüsyonlu azot kusuru) bollugu, 0 merkezden çikan bütün EPR absorpsiyon rezonans çizgilerinin bütünlesik yognluguyla orantilidir. Bu, mikrodalga güç doygunlugunun etkilerinin önlenmesi veya telafi edilmesi için dikkat edilmesi kosuluyla, bütünlesik yogunlugun bir referans numunesinden gözlemlenenle karsilastirilmasiyla kusurun konsantrasyonunun belirlenmesine izin verir. Sürekli dalga EPR spektrumlari alan modülasyonu kullanilarak kaydedildigi için, EPR yogunlugunu ve dolayisiyla kusur konsantrasyonunu belirlemek için çift bütünlestirme gereklidir. Çift bütünlestirme, ana çizgi düzeltme, bütünlestirmenin sonlu sinirlari ve benzeriyle iliskili hatalari en aza indirmek için, özellikle örtüsen EPR spektrumlarinin oldugu durumlarda, ilgilenilen örnekte bulunan EPR merkezlerinin bütünlesik yogunlugunu belirlemek için bir spektral uydurma usulü (bir Nelder-Mead simpleks algoritmasi kullanilarak (J. A. Nelder ve R.

Mead, The Computer Journal, 7 (1965), 308)) kullanilir. Bu, deneysel spektrumlarin örnekte bulunan kusurlarin simüle edilmis spektrumlarina uydurulmasini ve simülasyondan her birinin bütünlesik yogunlugunun belirlenmesini gerektirir. Deneysel olarak ne bir Lorentz ne de Gauss çizgi seklinin deneysel EPR spektrumlarina tam bir uyum saglamadigi gözlemlenir. dolayisiyla simüle edilmis spektrumlari üretmek için bir Tsallis fonksiyonu düsük azot konsantrasyonlari durumunda, çogunlukla iyi bir sinyal/gürüntü oranina (makul bir zaman dilimi içinde dogru konsantrasyon belirlemesini mümkün kilan) ulasmak için EPR sinyallerinin çizgi genisligine yaklasan veya bunu asan modülasyon genlikleri kullanmak gerekir. Dolayisiyla kaydedilen EPR spektrumlarina tam bir uyum saglamak için Tsallis çizgi sekliyle, psödo-modülasyon kullanilir (J .8. Hyde, M. Pasenkiewicz-10 Gierula, A. Jesmanowicz, W.E. Antholine, Appl. Magn. Reson., l (1990), 483). Bu usul kullanilarak ±%5'ten daha iyi bir yeniden üretilebilirlikle ppm cinsinden konsantrasyon belirlenebilir.

Daha yüksek [N50] konsantrasyonlarini ölçmek için UV-görünür absorpsiyon spektroskopisi teknigi bu alanda iyi bilinmekte ve elmas malzemesinin absorpsiyon spektrumunun 270 nm pikinin kullanildigi ölçümleri içermektedir.

Azot pozitif yük durumunda da (N+) bulunabilir, N+ konsantrasyonu FTlR spektiumunda 1332 cm`1”deki özelligin pik yüksekligi ölçülerek bulunur. Konsantrasyon saptama siniri içindeyse elmas malzemesi için toplam azot konsantrasyonunu elde etmek için SIMS teknikleri de kullanilabilir.

Yukarida belirtildigi gibi, G veya daha iyi bir renk sinifi, herhangi bir kahverengi temin edilen elmas malzemesi için avantajlidir, T veya daha iyi bir renk sinifi ise herhangi bir sari temin edilen elmas malzemesi için kabul edilebilir. Yine yukarida belirtildigi gibi, kaynak gazinda ve dolayisiyla temin edilen elmas malzemesinde küçük miktarlarda azot oldugunda, bu genellikle, CVD elmas malzemesine kahverengi bir renk veren X kusurlari denilen kusurlarin ortaya çikmasiyla iliskilidir. CVD elmas malzemesinde küçük miktarlarda azotun bulundugu bulusun bazi düzenlemelerine göre, herhangi bir kahverengi renklenmenin (bu X kusurlarina bagli oldugu düsünülen) önlendigi veya en azindan en aza indirildigi temin edilmis bir CVD elmas malzemesinin elde edilmesi için özel usuller uygulanir. Bu kahverengi renklenmenin bu sekilde en aza indirildigi durumda, [N50] konsantrasyonlari en fazla 1 ppm olabilir, çünkü bizzat NS0 kusurlarinin varligindan kaynaklanan herhangi bir sari renklenme T (sari) veya daha iyi bir renk sinifi veren NS0 seviyeleriyle sonuçlanacaktir. Pratik olarak gaz safhgi veya elmas özellikleri için veya bir mavi renk tonundan çok, daha mavi-yesil bir renk tonunun elde edilmesi istendigi durumda, [N50] konsantrasyonlarinin l ppm üst sinirina dogru olmasi avantajli olabilir. Özellikle bu bulusa uygun usulde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesinin [N50] konsantrasyonlari l ppm üst sinirina dogru oldugunda, bütünlesik absorpsiyonun spektrumu 350 nm”den 750 nmiye kadar görünür aralikta bir toplam bütünlesik absorpsiyona sahip olabilir, yani kahverengi renklenmeden sorumlu oldugu düsünülen X kusurlari görünür araliktaki bütünlesik absorpsiyona %90°dan az katkida bulunur.

Bu bulusta, [N50],in bulunmadigi veya sadece çok küçük miktarlarda bulundugu temin edilen CVD elmas malzemesinin kullanilmasi da düsünülmektedir. Bu durumda, sadece çok küçük miktarlarda [N50] bulundugu için, genellikle sonuç olarak benzer bir sekilde X kusurlari çok az olacak veya hiç olmayacak ve dolayisiyla kahverengi renklenme az olacak veya hiç olmayacaktir (ancak bazi büyüme kosullarinda bu geçerli olmayabilir). Bu, cm'1”in altinda oldugu belirlenerek ölçülebilir. Dolayisiyla az [N50] oldugu veya hiç olinadigi durumda, elmas malzemesinin herhangi bir renklenmesi muhtemelen küçük kahverengi (NSOHn kendisinden kaynaklanan sari yerine) miktarlarina baglidir ve bu durumda temin edilen CVD elmas malzemesi G (kahverengi) veya daha iyi bir renk sinifina sahiptir. Avantajli bir sekilde, bu malzeme absorpsiyon spektrumunda asagidaki özelliklere sahip olabilir (800 nm°de absorpsiyon 0 cm'1 ,e ölçeklendiginde: Baslangiç Son Pik Pikte absorpsiyon Adlandirma i CVD elmas malzemesi büyütme usulleri iyi bilinmekte ve patent literatüründe ve baska literatürde, örnegin WO 03/052177”de kapsamli bir sekilde açiklanmaktadir. CVD elmas malzemesini büyütmek için önceden belgelenmis bu usullerin, spektrumun görünür nm'ye kadar görünür aralikta bir toplam bütünlesik absorpsiyona sahip bir absorpsiyon spektrumu olan elmas malzemesi verdigine inanilmaktadir. Bu diger kusurlarin azot içeren CVD elmasin tipik kahverengi renklenmesine yol açtigi bilindigi için, önceki teknigin bu bilinen CVD büyütme islemleri, bu bulusun usulünde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesinin dogrudan büyütülmesi için uygun degildir.

Herhangi bir kahverengi renklenmenin (yukarida sözü edilen X kusurlarina bagli oldugu düsünülen) önlendigi, temin edilen bir CVD elmas malzemesini elde etmek için uygulanabilen yukarida sözü edilen özel usullerin biri, daha alisilageldik karbon, hidrojen ve azottan çok kaynak gazinin karbon, hidrojen, azot ve oksijen içerdigi bir CVD büyütme isleminin kullanilmasidir. Örnegin islem gazina, gaz fazinda en az 10000 ppm konsantrasyonunda oksijen ilave edilebilir. Özellikle bulusun ilk yönüne uygun usulün (i) asamasinda temin edilen CVD elmas malzemesi, bütün açiklamalari burada referans olarak zikredilen Büyük Britanya basvurusu GB0922449.4 ve ABD geçici basvurusu USSN 61/289,282,de açiklanan islemle dogrudan büyütülebilir. Spesitik olarak usul, bir substratin temin edilmesini; bir kaynak gazinin temin edilmesini; ve substrat üzerinde homoepitaksiyal elmas sentezine izin verilmesini içerir; burada sentez ortami yaklasik 0.4 ppm ila yaklasik 50 ppm atoinik konsantrasyonda azot içerir; ve burada kaynak gazi (a) yaklasik 0.4 ila yaklasik 0.75 hidrojen atomik fraksiyonu (Hf); (b) yaklasik 0.15 ila yaklasik 0.3 karbon atomik fraksiyonu (Cf); (C) yaklasik 0.13 ila yaklasik 0.4 oksijen atomik fraksiyonu (Of) içerir; burada Hf+ Cf + Of = 1; burada karbon atomik fraksiyonunun oksijen atomik fraksiyonuna orani (Cf:OÜ, yaklasik 0.4521 < Cf: Of < yaklasik 1.25 :1 oranini saglar; burada kaynak gazi, var olan hidrojen, oksijen ve karbon atomlarinin toplam sayisinin atomik fraksiyonu 0.05 ile 0.4 arasinda olmak üzere hidrojen molekülleri (HZ) olarak ilave edilen hidrojen atomlari içerir; ve burada Hf, Cf ve Of atomik fraksiyonlari, kaynak gazinda bulunan hidrojen, oksijen ve karbon atomlarinin toplam sayisinin fraksiyonlaridir. CVD elmas malzemesini büyütmenin bu usulü tarifnamede Kullanilan tam islem parametrelerine (örnegin kullanilan büyüme substrati, kullanilan basinç ve kaynak gazindaki azot miktari) bagli olarak, yukaridaki oksijen ilaveli CVD büyütine islemi dogrudan, 350 nmiden 750 nm°ye kadar görünür araliktaki bütünlesik absorpsiyonun %90”indan azinin NSO disindaki kusurlara (X kusurlari) atfedilebilir oldugu veya olmadigi elmas malzemesinin temin edilmesini saglayabilir. Genel olarak, oksijen ilaveli CVD büyütme islemi, bu alanda uzman olanlarin, kahverengi renklenmeye yol açan X kusurlarinin sayisini azaltirken, standart CVD islemleriyle mümkün olacak olandan daha yüksek azot yüzdeleri dâhil etmelerine imkân verir. Dolayisiyla bu bulus ayni zamanda, baska kusurlarin sayisinin da kayda deger olacagi ve elde edilen büyümüs elmas malzemesinde 350 nm,den 750 nm'ye kadar görünür spektrumdaki bütünlesik absorpsiyonun %90'indan fazlasinin X kusurlarina atfedilebilir olacagi kadar yüksek konsantrasyonlarda azot dâhil etmek için oksijen ilaveli CVD büyütme isleminin kullanilmasini da kapsamaktadir. Daha sonra, temin edilen bu elmas malzemesi kusurlarin bir kismini veya tamamini gidermek için asagida açiklandigi gibi yüksek sicaklikta tavlamayla islemden geçirilebilir. Oksijen ilaveli CVD büyütme isleminin, istenen elmas malzemesi kusur konsantrasyonunu üretmek üzere uyarlanmasi, bu alanda uzman olanlar için sadece basit deneyleri gerektirecektir.

Oksijen ilaveli CVD büyütme islemiyle büyütülen CVD elmas malzemesi dogrudan bulusa uygun usulde temin edilen CVD elmas malzemesi olarak kullanilabilir. CVD büyütme evresinden temin edilen elmas malzemesinin olusturulmasina giden bu yol ilisikteki çizimlerdeki Sekil l°de “yol A” olarak gösterilmektedir.

Oksijen ilaveli CVD büyütme islemiyle büyütülen CVD elmas malzemesi, dogrudan bulusa uygun usulde temin edilen elmas malzemesi olarak kullanilmak yerine, daha sonra, temin edilen CVD elmas malzemesini olusturmak için en az 1600°C veya en az 1800°C veya en az 2000°C sicaklikta yüksek sicaklikta tavlama islemine tabi tutulan oksijen ilaveli CVD islemiyle büyütülen öncü elmas malzemesine olarak düsünülebilir. Oksijen ilaveli CVD büyütme islemiyle hazirlanan ve sonra yüksek sicaklikta tavlama islemine tabi tutulan bir CVD elmas malzemesi, bulusa uygun usullerde kullanildigi gibi temin edilen CVD elmasi olusturabilir. Temin edilen CVD elmas malzemesine giden bu yol Sekil 2'de yol B olarak gösterilmektedir. Bu ön yüksek sicaklikta tavlama isleminin, büyütülen CVD elmas malzemesindeki X kusurlarini daha da azaltabilecegi ve bunun bazi düzenlemeler için avantajli olabilecegi düsünülmektedir. Yüksek sicaklikta tavlama asamasi büyütülmüs veya islenmis tas üzerinde uygulanabilir.

Baska bir olasilik öncü CVD elmas malzemesinin daha geleneksel bir CVD islemi, örnegin WO 03/052177”de açiklanan tipte bir islem kullanilarak büyütülmesidir. Böyle bir islem yukarida belirtildigi gibi, bütünlesik absorpsiyonun %90lindan fazlasinin istenmeyen kahverengi renk verici X kusurlarina atfedilebilecegi sekilde 350 nmlden 750 nm°ye kadar görünür aralikta bir toplam bütünlesik absorpsiyona sahip bir absorpsiyon spektrumu olan elmas malzemesi verebilir. Bu elmas malzemesini bu tariiiiamede “geleneksel CVD islemiyle büyütülmüs öncü elmas malzemesi” olarak adlandiracagiz, öncü sözcügü, bu bulusun usulüyle tanimlanan “temin edilen CVD elmas malzemesi,”nden farkli olan ve ondan önce gelen büyütülmüs bir CVD elmas malzemesini belirtmek için kullanilmaktadir.

Geleneksel sözcügü, CVD büyütülmüs öncü malzemesine giden yolu yukarida yol B için açiklanandan ayirt etmek için kullanilmaktadir. Geleneksel-CVD-büyütülmüs öncü elmas malzemesi yukarida sözü edilen yüksek sicaklikta tavlama islemine tabi tutulursa, bütünlesik absorpsiyonun %90”indan azinin N50 kusurlari disindaki kusurlara (kahverengine yol açan X kusurlari) atfedilebildigi elinas malzemesini verebildigini tespit ettik. Temin edilen elmas malzemesine giden bu yol Sekil lade “yol C” olarak gösterilmektedir.

Bu bulusta ayrica temin edilen elmas malzemesi olarak çok düsük, örnegin 0.] ppm”nin altinda [N50] konsantrasyonlari içeren bir malzemenin kullanimi da düsünülmektedir. Bu malzemeler kaynak gazinda çok düsük veya sifir azot konsantrasyonlarinin kullanildigi bir islemle büyütülebilir. Elde edilen büyümüs CVD elmas malzemeleri sonuç olarak X kusurlarini hiç içermez veya asgari düzeyde içerir, çünkü bu X kusurlarinin, elmas atom yapisindaki azotun bir sonucu olarak elmas malzemesindeki yapisal degisikliklerden ve yük degisikliklerinden kaynaklandigi düsünülmektedir; azot yoksa veya asgari düzeydeyse, bu yapisal degisiklikler olmaz veya asgari düzeyde olur. Bu nedenle, bulusa uygun usulün bazi düzenlemelerinde, [N30] konsantrasyonu 0.1 ppmlnin altinda olan, temin edilen bir CVD elmas malzemesi kullanilir. Çok düsük veya sifir [N30] konsantrasyonlari içeren CVD elinas malzemesi yapma usulleri bu alanda bilinmektedir. Bunlar örnegin bütün açiklamalari burada referans olarak Örnegin WO/019663A1,de, herhangi bir tek katiski seviyesinin 5 ppmsyi asmadigi ve toplam katiski içerigininn 10 ppm°yi asmadigi, elektronik uygulamalari için özellikle uygun olan bir CVD elmas malzemesi açiklanmaktadir. Tercihen herhangi bir katiskinin seviyesi 0.5 ila 1 ppmsyi asmaz ve toplam katiski içerigi 2 ila 5 ppm°yi asmaz (burada CVD büyümesinin gerçeklestigi ortamin katiski içerigi, büyümenin esas itibariyla hiç azot içermeyen, yani azot içerigi 300 ppb7nin (milyarda pay) altinda olan bir atmosferin varliginda olacagi, toplam gaz hacminin bir moleküler fraksiyonuna ve tercihen 100 ppb,nin altindaki bir moleküler fraksiyonuna sahip olacagi ve üzerinde büyüdügü substratm esas itibariyla hiç kusur içermeyecegi sekilde kontrol edilir. kimyasal safliga ve yüksek izotropik safliga sahip elmas malzemesi hazirlamanin bir usulü açiklanmaktadir. Özellikle, CVD büyütme usulü, kristal kusurlarindan esas itibariyla ari bir yüzeye sahip bir elmas substrati temin edilmesini ve azot konsantrasyonunun yaklasik 300 ppb veya daha az oldugu satlik derecesi yüksek gazlar içeren bir kaynak gazi karisiminin ve kaynagin toplam karbon içeriginin en az %99,u olan bir miktarda 12C içeren kati karbon kaynagi temin edilmesini ve gaz halindeki karbon türlerini olusturmak için kaynak gazinin ve kati karbon kaynaginin en azindan bir bölümünün aktive edilmesini ve/veya ayrilmasini ve substratin yüzeyi üzerinde homoepitaksiyal elmas büyümesine izin verilmesini içerir.

CVD elmas malzemesi hazirlamak için yukarida açiklanan, örnegin WO/019663A1, itibariyla hiç azot kullanilmayan islemler, bundan böyle “yüksek saflikta CVD elmas malzemesi büyütme islemleri” olarak geçecektir. Bu islemler, bulusa uygun usullerde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesini olusturmak için uygundur. Bu sekilde olusturulan yüksek safliktaki temin edilen CVD elmas malzemesi esas itibariyla hiç azot ve dolayisiyla esas itibariyla hiç X kusuru içermedigi için, bu yüksek saflik usulleriyle üretilen temin edilen CVD elmas malzemesi renksiz, hemen hemen renksiz veya soluk kahverengi olacaktir. rengi ile izole bosluklar yaratan isinlama asamasinin getirdigi rengin bir kombinasyonudur.

Temin edilen elmas malzeinesine renk katabilen baska katiskilar bazi düzenlemelerde en aza indirilebilir. Örnegin dengelenmemis borun (izole bor) kendisi elmas malzemesine mavi bir renk verebilir. Bazi düzenlemeler için, temin edilen elmas malzemesindeki bor konsantrasyon [B] 5xlO'5 cm`3”ün altindadir.

Elmas malzemesinde dengelenmemis bor varsa, bunun izole bosluklar yaratmak üzere isinlainayla dengelenebildigi bilinmektedir, izole bosluklar borla birlesir, böylece ne bor ne de dengeleyici izole bosluklar elmas malzemesine herhangi bir renk verir. Dolayisiyla bu bulusa uygun bazi düzenlemelerde, elmas malzemesi dengelenmemis bor içeriyorsa (örnegin >5x10l5 cm'2 konsantrasyonunda), sadece borla birlesmek üzere degil, ayni zamanda belirtilen izole bosluk konsantrasyonuna [VT] ulasmak için yeterli izole bosluklar yaratmak için isinlama asamasi uygulanabilir. Boru denglemek için gerekli olan ek isinlama seviyesi bu alanda uzman olanlar tarafindan ampirik olarak belirenebilir.

Es zainanli olarak kahverengine yol açan X kusurlarinin yaratilmadigi usullerle temin edilen elmas malzemesine daha fazla azot ilave edilerek (örnegin yukarida sözü edilen oksijen islemi) veya bu kusurlar elimine edilerek (örnegin bir yüksek sicaklikta tavlama asamasiyla), temin edilen CVD elmas malzemesine daha fazla sari katilabilir ve böylece isinlama asamasindan sonra mavi/yesil bir elmas malzemesi elde edilir. Bunun nedeninin malzemedeki Nsoain varliginin Vûldan V`9ye yük aktarimiyla sonuçlanmasi oldugu düsünülmektedir. Örnegin, nispeten düsük [N50] konsantrasyonlari oldugunda, temin edilen elmas malzemesinde bulunan bosluklarin çogu, mavi bir renk verme egiliminde olan nötr bosluklardir (V0). Nispeten daha yüksek [N50] konsantrasyonlari oldugunda, temin edilen elmas malzemesinde daha fazla negatif bosluk (V') bulunur ve bunlar bir mavi/yesil renk verme egilimindedir. Dolayisiyla, bulus [N50] konsantrasyonunun basit modifikasyonuyla isinlanmis elmas malzemesini bütün soluk mavi ila soluk mavi/yesil tonlarina ayarlamanin elverisli bir yolunu sunmaktadir. Avantajli bir sekilde temin edilen elmas malzemesinde farkli azot konsantrasyonlariyla baslanarak V`/V0 oraninin kontrol edilmesi, renk tonu açisinin istenen rengi (mavi ve yesil arasinda) elde etmek için degistirilebildigi anlamina gelmektedir. Bulusun bazi düzenlemeleri, temin edilen elmas malzemesinin [N30] konsantrasyonunun, temin edilen elmas malzemesinde bir hedef V'/VO orani elde edilecek sekilde seçilmesini içerir. Farkli V'/V0 oraninin getirdigi mavi ila mavi/yesil renk farkinin yani sira, islem sonrasi yine daha yesil bir mavi/yesil elmas malzemesi sverme egilimi gösterecek olan, geri kalan azottan kaynaklanan bir kalinti sari renk tonu da olabilir.

Bu bulus baska bir yönüyle, renk tonu açisi 100°-270° araliginda olmak üzere, fantezi mavi ila mavi/yesil renk araligi içinde istenen bir elmas malzemesi rengini seçebilmek ve olusturabilmek için bir sistem sunmakta olup, sistem asagidaki asamalari içerir: (a) büyütülmüs bir CVD elmas malzemesi için, büyümüs CVD elmas malzemesinin isinlanmasindan sonra sözü edilen istenen rengi verecek bir hedef [N50] konsantrasyonunun önceden belirlenmesi; (b) büyütülmüs CVD elmas malzemesinde sözü edilen hedef [N50] konsantrasyonuna ulasmak üzere CVD isleminde bir islem gazina yeterli azot ilave edilmesini içeren bir CVD islemiyle elmas malzemesinin büyütülmesi, bu CVD elmas malzemesi usul istemi 1”in (i) asamasinda açiklanan temin edilen elmas malzemesinin özelliklerine sahiptir; (0) büyütülmüs CVD elmas malzemesi üzerinde usul istemi l, asama (ii)*de açiklanan isinlama asamasinin uygulanmasi.

Bu bulusun ilk yönüne uygun usulde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesi, tek bir büyüme bölgesinden olusturulan sentetik CVD elmas malzemesinin hacminin en az yaklasik %50isine, alternatif olarak en az yaklasik %80”ine, alternatif olarak en az yaklasik tercihen bir {100} veya bir {110} büyüme bölgesidir. Tek büyüme bölgesinin10 malzemesinde NS0 seviyeleri, büyüme bölgesi hacminin yaklasik %50”den fazlasi için, alternatif olarak büyüme bölgesi hacminin yaklasik %60,tan fazlasi için, alternatif olarak büyüme bölgesi haciminin %80”den fazlasi için tercihen ortalamanin ±%10”u içindedir.

Tek bir büyüme bölgesinden büyütülmüs temin edilen bir sentetik CVD elmas malzemesi, CVD elmas malzemesi farkli kristalografik yönelime sahip daha az sayida yüzeye (farkli büyüme bölgelerine karsilik gelen yüzeyler) sahip olacagi için avantajlidir. Farkli kristalografik yönelimlere sahip yüzeyler, çok farkli azot katiskisi aliini gösterir ve dolayisiyla daha fazla büyüme bölgesi içeren bir sentetik CVD elmas malzemesi farkli büyüme bölgelerindeki farkli NS0 konsantrasyonlarindan kaynaklanan, farkli renge sahip daha fazla istenmeyen bölge gösterme egilimindedir.

Bulusa uygun usullerin temin edilen CVD elmasin bir ön büyütme islemini içerdigi durumda, bu usuller tercihen elmas malzemesinin tek bir büyüme bölgesinden olusan yukarida belirtilen yüzdelere sahip olmak üzere büyütülmesini içerir.

Agirlikli olarak tek bir büyüme bölgesinden temin edilen CVD elmasa sahip olunmasinin baska bir avantaji, farkli büyüme bölgelerinde farkli kusur miktarlari, dagilimlari ve tipleri olabilmesidir.

Soluk mavi elmas üretmek için dogal elmas veya HPHT sentetik elmas malzemesi yerine CVD sentetik elmas malzemesinin kullanilmasi çesitli nedenlerle avantajlidir. Örnegin, dogal elmasin özellikleri degiskendir; dolayisiyla bu, bezemede kullanim için birlikte kakilacak uygun elmaslarin bulunmasini güçlestirir. CVD elmas malzemesinin dogal elmas malzemesine göre bir avantaji, sentetik CVD isleminin ve büyüme sonrasi islemin, var olani razi olmak yerine tam istenen renk tonu ve renk doygunlugunu elde etinek için ayarlanabilmesidir. Baska bir örnek olarak, HPHT sentez teknikleri kullanilarak üretilen elmas malzemesi sentez sirasinda olusan farkli kristalografik yönelime sahip yüzeyler (farkli büyüme bölgelerine karsilik gelen yüzeyler) üzerine çok farkli azot katiskisi alimi gösterir. HPHT normal olarak, CVDade tipik olarak elde edilenin tersine, tek bir baskin büyüme bölgesine sahip degildir. Dolayisiyla elmas malzemesi, farkli büyüme bölgelerindeki farkli azot katiskisi konsantrasyonlarindan kaynaklanan farkli renklere sahip bölgeler gösterme egilimindedir. Ayrica, HPHT elmas malzeinesi sentez isleminin, sentezlenen elmas malzemesi içinde tek bir büyüme bölgesinde bile tek düze ve istenen bir azot konsantrasyonunu elde etmek için yeterli bir sekilde kontrol edilmesi güçtür. Ayrica, HPHT elmas malzemesi sentezinde tipik olarak, sentez isleminden ve kullanilan katalizörlerden kaynaklanan katiskilar görülür; bunlarin örnekleri, optik ve termal özellikleri bozan lokalize ve homojen olmayan gerilmeyle sonuçlanabilen, kobalt veya nikel içeren inklüzyonlardir. Buna karsilik CVD elmas malzemesinin rengi dogal veya HPHT sentetik elmas malzemesininkinden çok daha tek düzedir ve metalik inklüzyonlarla ayni sorunlari yaratmayacaktir.

Bir sentetik CVD elinas malzemesi, HPHT teknikleri kullanilarak sentezlenen bir sentetik elmas malzemesinden, dislokasyon yapisiyla tartismasiz bir sekilde ayirt edilebilir.

Sentetik CVD elmasta, dislokasyonlar genellikle substratin ilk büyüme yüzeyine yaklasik olarak dik olan bir yönde ilerler, yani substratin bir (001) substrat oldugu durumda, dislokasyonlar [001] yönüne yaklasik olarak paralel hizalanir. HPHT teknikleri kullanilarak sentezlenen sentetik elmas malzemesinde, asi kristalinin yüzeyi (çogunlukla {001}'e yakin bir yüzey) çekirdeklenen dislokasyonlar tipik olarak <110> yönlerinde büyür. Dolayisiyla iki malzeme tipi, örnegin bir X-isini topografinda gözlemlenen farkli dislokasyon yapilariyla ayirt edilebilir. Bu, CVD°yi dogal tip llaadan ayirt etmenin de bir yolunu saglar, çünkü dogal elmas bu net paralel dislokasyonlari göstermez.

Ancak X-isini topografisi zahmetli bir islemdir ve daha az zahmetli olup kesin ayrimi mümkün kilan bir alternatifin arzu edilecegi açiktir.

Bir sentetik CVD elmas malzemesi, HPHT teknikleri kullanilarak sentezlenen bir sentetik elmas malzemesinden, sentez isleminin sonucu olarak dâhil edilen HPHT,er sentezlenmis malzemedeki metalik inklüzyonlarin varligiyla kesin olarak ayirt edilebilir. Inklüzyonlar çözücü katalizör metal olarak kullanilan metallerden, örnegin Fe, C0, Ni ve benzerinden olusur. Inklüzyonlarin büyüklükleri l aminin alti ila 100 pm°nin üzeri araliginda degisebilir. Büyük inklüzyonlar bir stereomikroskop (örnegin bir Zeiss DV4) kullanilarak gözlemlenebilir; daha küçük inklüzyonlar ise bir metal mikroskopunda (örnegin bir Zeiss CVD ve HPHT usulleriyle üretilen sentetik elmaslarin kesin olarak ayirt edilmesi için kullanilabilen baska bir usul, fotolüminesans spektroskopisidir (PL). HPHT°yle sentezlenen malzemede siklikla, sentez isleminde kullanilan katalzör metallerden (tipik olarak geçis metalleri) gelen atomlari (örnegin Ni, C0, Fe ve benzeri) içeren kusurlar bulunur ve bu kusurlarin PL,er saptanmasi malzemenin bir HPHT usulüyle sentezlendigini kesin olarak gösterir.

Bulusa uygun usullerin (ii) asamasi, temin edilen elmas malzemesinin elektronlarla isinlanmasini içerir. lsinlama asainasi, daha önce açiklandigi gibi elmasta izole bosluklar (V) olusturma islevini görür.

Elmas malzemesinin elektron radyasyonu disindaki radyasyonla isinlanmasinin, fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil renkli bir elmas vermedigini tespit ettik. Özellikle nötronlarla isinlamanin sari yesil renkli bir elmas ürettigini saptadik.

Genel olarak, isinlaina dozu ne kadar yüksekse, yaratilan izole bosluklarin sayisi 0 kadar büyüktür. lsinlama dozu seviyesi ve herhangi bir lsinlama sonrasi islem [VT] x L9nin en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.35 ppm cm olacagi sekilde seçilir. Tipik olarak bir 0.5 ct rbc için bu 0.12-0.6 ppm [VT] konsantrasyon araligina karsilik gelir.

Bulusa uygun bazi düzenlemelerde, elektronlarin dozu isinlanmis elmas malzemesine en az 0072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppdom cm [VT] x L dâhil etmek için seçilir. Bu durumlarda tercihen, elmas inalzemesine, elmas malzemesindeki izole bosluk konsantrasyonunu önemli ölçüde etkileyebilen hiçbir baska isinlama sonrasi islem uygulanmaz.

Elmas malzemesinin, istenen nihai izole bosluklar konsantrasyonundan fazlasini dâhil etmek için isinlanmasi mümkündür. Bu durumda, bir isinlama sonrasi islem asamasiyla izole bosluklarin konsantrasyonunu daha sonra azaltmak mümkündür. Izole bosluklarin konsantrasyonunu böyle bir lsinlama sonrasi asainayla yaklasik %50°ye kadar azaltmanin mümkün oldugunu tespit ettik. lsinlama sonrasi asama numunenin örnegin en az 300°C bir sicaklikta veya en fazla 600°C bir sicaklikta tavlanmasini içerebilir. Tavlama süresi kisa olabilir, örnegin basitçe sicakligin oda sicakligindan tavlama sicakligina çikarilmasini ve sonra numunenin yeniden sogumasina izin verilmesini içerebilir veya numune bir süre, örnegin birkaç saat veya saatlerce, örnegin 2 saat tavlama sicakliginda tutulabilir. Bulusu herhangi bir sekilde sinirlandirmaksizin, bu sicaklikta tavlamanin malzemede bulunan dar araliklarin hareketli hale gelmesine ve dolayisiyla dagilmasina ve izole bosluklarin bazilariyla yeniden birlesmesine ve sonuç olarak izole bosluklarin konsantrasyonunun azalmasina neden olabildigine inaniyoruz. Bu fazla lsinlama (fazla izole bosluk üretmek için), ardindan bu fazla izole bosluklari gidermek için bir tavlama dezavantajli bir sekilde fazladan bir asamayi gerektirir, ama bazi durumlarda kullanilabilir ve sonuç olarak elde edilen islem sonrasi izole bosluk konsantrasyonunun saptanmis sinirlarin içinde olmasi kosuluyla bu bulusun çerçevesi içine girer.

Dolayisiyla bulusa uygun usulün baska düzenlemeleri, isinlanmis elmas malzemesinde en az 0.72 ppm cm ve en fazla 036 ppm cm [VT] x L7ye ulasmak için isinlanmis elmas malzemesinin isinlama sonrasi islemden geçirildigi ek bir asama içerir. Bu isinlama sonrasi islem asamasi, isinlanmis elmas malzemesinin en az 300°C ve en fazla 600°C bir sicaklikta tavlanmasini içerebilir. Bu düzenlemelerde, bir isinlama sonrasi tavlama, izole bosluklar konsantrasyonunu %50,ye kadar azaltabildigi için, elektronlarin baslangiç dozu isinlanmis elmas malzemesinde en fazla 0.72 ppm cm [VT] olusturmak için seçilebilir.

CVD elmas malzemesini isinlamanin ek bir yarari, tipik olarak malzemenin renginin düsük sicaklikta tavlamada ve UV isiga maruziyette islemden geçirilmemis CVD elmasa kiyasla daha stabil olmasidir. Bu stabilizasyon etkisi, her ikisinin de basvurusu 26 Haziran 20097da Büyük Britanya Basvurusu ve 61/247,735 Numarali ABD Basvurusunda açiklanmaktadir (bunlarin bütün açiklamalari burada referans olarak zikredilmektedir). Dolayisiyla, bu bulusun bir avantaji, bu bulusu usulünün isinlama asamasinin yoklugunda, ilk ve ikinci durumlarda absorpsiyon özelliklerinin en az birinde ölçülebilir bir fark gösterecek mavi veya mavi yesil bir elmas malzemesi vermesi (ilk durum en az 5.5 eV bir enerjiye sahip isinlamaya maruziyetin sonrasidir ve ikinci durum 525°C,de (798 K) isi isleminden sonrasidir), ama bu bulusun usulünün ardindan, dar araliklarin konsantrasyonu en aza indirilirse, sözü edilen ilk ve ikinci durumlarda az renk degisikligi gösteren veya hiç göstermeyen elmas malzemesi verinesidir. Avantajli bir sekilde, bazi düzenlemelerde, isinlamadan sonra renk doygunlugu degerinin (C*) ilk ve ikinci durumlardaki farki, isinlamaya tabi tutulmamis elmas malzemesine kiyasla en az 0.5 azalir. Bazi düzenlemelerde, isinlamadan sonra ilk ve ikinci durumlardaki elmas malzemesinin C* degerindeki degisiklik <1,dir. Bazi düzenlemelerde, isinlanmis elmas malzemesi veya baska bir isinlama sonrasi islemin ardindan isinlanmis elmas malzemesinin -1 96°C1de (77 K) ölçülen absorpsiyon katsayisi 741 nin bir dalga uzunlugunda en az 0.01 cm`l olabilir; veya -1 96°C7de (77 K) ölçülen absorpsiyon katsayisi 394 nm bir dalga uzunlugunda en az 0.01 cm`i olabilir. bir elektron isininin enerjisinin her ek MeV”si elmasa 0.7 mm daha penetrasyon saglayacaktir. Tipik elektron isini kaynaklari 1.5 MeV,de ve 4.5 MeVade kullanilabilir ve tipik büyüklükte elmaslar için, örnegin kalinligi yaklasik 3 mm olan 0.5 kirat bir elmas için10 istenen penetrasyona ulasmak üzere isinlama için 4.5 MeV bir elektron kaynaginin kullanilinasinin tercih edilir oldugunu tespit ettik. Tipik olarak, elektron isini kaynagi örnegin Isotron plc”de kullanilan tesiste %50 tarama genisligine ve 20 mA akima sahip olabilir.

Elektron isinlamasi tipik olarak 0.8 MeV ila 12 MeV enerji araliginda bir isin kaynagiyla yapilir. Istege bagli olarak kullanilan enerji, kaskad hasarinin, örnegin bosluk zincirlerinin olusuinunu en aza indirirken, N katkili elinas malzemesinde izole bosluklarin hemen hemen tek düze bir konsantrasyonunu saglayan enerjidir. Burada bildirilen optimum sonuçlar için 4.5 MeV,nin bu iki faktör arasinda iyi bir denge sagladigi tespit edildi.

Istege bagli olarak ve özellikle daha büyük numuneler için, tasin hacminin her yerinde yaratilmis izole bosluklarin tek düzeliginin saglanmasina yardim etmek için, isinlama sirasinda numunenin dönmesi veya tekrarlanan dönmenin ardindan isinlama kullanilabilir.

Elmas sicakligi, isin enerjisi, isin akisi, hatta baslangiç elmasinin özellikleri gibi faktörler sabit bir deneysel isinlama ortami ve zainani için üretilen [VT]°yi etkileyebilir. lsinlama tipik olarak, isinlama dozu sirasinda sadece minimum sicaklik artisiyla (örnegin uygulanir. Ancak isin enerjisi ve isin akisi gibi faktörler numunenin isinmasina yol açabilir. Sicaklik kontrolünü tehlikeye atmadan yüksek doz hizlarini münikün kilmak ve dolayisiyla isinlama zamanini en aza indirmek için tercihen numune mümkün oldugu kadar soguk tutulur (bazi durumlarda -196°C,de (77 K) kriyojenik sogutma bile avantajlidir).

Ticari nedenlerle bu avantajlidir. Uygulanan [VT] konsantrasyonuna iliskin bu sinirlar içinde kalmak için, uygulanan dozun kullanilmakta olan spesifik temin edilen elmas için üretilen izole `bosluklara göre kali'brasyonu bu bulusun usulünü uygulamadan önce bu alanda uzman olanlarin sorumluluklari arasinda yer alacaktir. Bu kalibrasyon teknikleri bu alanda uzman olanlar için rutindir.

Ayrica isinlama süresinin elmas malzemesinde yaratilan izole bosluklarin sayisini etkiledigini ve izole bosluk yaratma hizinin farkli baslangiç malzemeleri ve baslangiç sicakliklari için farkli oldugunu da tespit ettik.

Numune sicakligi 77°C (350 K) oldugunda bir 0.5 ct rbc elmas tasi için tipik bir isinlama dozu 1 x 1017 - l x1018 e'cm'zsdir.

Numune sicakligi 77°C (350 K) oldugunda bir 0.5 ct rbc elmas tasi için tipik bir isinlama süresi Isotron plcsde bulundugu gibi bir alet kullanilarak 4.5 MeV, 20 mA ve %50 tarama genisliginde 5-30 dakikadir.

Bu tarifnamede izole bosluklar konsantrasyonlarini ölçmek için, spektrumlar numuneleri sogutmak üzere sivi azot kullanilarak -l96°C`de (77 K) elde edilir, çünkü bu sicaklikta 741 nm`de ve 394 nmade sirasiyla nötr ve negatif yüklü izole bosluklara atfedilebilen sivri pikler görülür. Bu tarifnamede izole bosluklar konsantrasyonlarinin hesaplanmasi için kullanilan katsayilar asagidaki Tablo 1 ”de ayrintili olarak verildigi gibi G. Davies Kusur Kalibrasyon Tablo ltde “A”, absorpsiyon katsayisi cm'l ve foton enerjisi meV cinsinden olmak üzere, -196°C'de (77 K) ölçülen, geçisin sifir fonon çizgisinde bütünlesik absorpsiyonudur.

Konsantrasyon cm olarak verilir.

Bulusumuzun usullerine göre isinlamadan sonra veya baska bir isinlaina sonrasi islemden sonra [VT] x L en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm9dir.

Bu bulusa uygun usulde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesi ve ayrica bu bulusun usulüyle elde edilen isinlanmis CVD elmas malzemesi, daha büyük bir elmas malzemesi parçasinin bir kismini olusturabilir veya olusturmayabilir. Örnegin daha büyük elmas malzemesi parçasinin sadece bir kismi isinlanabilir ve maviye dönebilir ve/veya daha büyük elmas malzemesi parçasinin sadece bir kismi tanimli absropsiyon özelliklerine sahip olabilir. Bu alanda uzman olanlar için açik olacagi gibi, birden fazla tabaka da isinlanabilir ve/veya istenen absorpsiyon özelliklerine sahip olabilir, böylece bulusa uygun usulde kullanilan temin edilen CVD elmas malzemesi, örnegin daha büyük bir elmas malzemesi parçasinin bir veya birden fazla tabakasini olusturabilir. Isinin penetrasyon derinliginin isinlama enerjisine bagli oldugu bilinmektedir. Dolayisiyla tercih edilen düzenlemelerde bir isinlama enerjisi, isinin bir CVD elmas malzemesinin derinliginin sadece bir kismina girecegi sekilde seçilir. Bu, izole bosluklarin sadece isinlanmis CVD elmas inalzemesinin penetrasyonun oldugu kisminda olusacagi ve dolayisiyla CVD elmas10 malzemesinin penetrasyonun oldugu kisminin bu bulusun usulüyle olusturulan, kullanilan Temin edilen CVD elmas malzemesinin daha büyük bir elmas malzemesi parçasinin sadece bir kismini olusturdugu durumda, yukarida açiklandigi gibi temin edilen CVD elmas malzemesi tek basina, bulusun bazi düzenlemeleri için açiklanan avantajli optik özelliklere sahip olabilir. Dolayisiyla örnegin daha büyük bir CVD elmas malzemesinin bir üst veya gömülü tabakasi veya tabakalari soluk mavi veya soluk mavi/yesil renge sahip olabilir. Baska soluk mavi veya mavi/yesil olmayan tabakalar esas itibariyla renksiz oldugu durumda, daha büyük elmas malzemesi parçasinin rengini soluk mavi veya soluk mavi/yesil tabaka(lar) belirler.

Bulusa uygun bazi düzenlemelerde, elmas tasinin en az %50lsi veya en az %603 veya en az %70,i veya en az %803 veya en az %9031 veya esas itibariyla tamami esas itibariyla ayni renkte olabilir.

Bulusa uygun baska düzenlemelerde, elmas tasi, ayni renkte elmas tasi tabakalari veya cepleri içerebilir.

Spesifik bir azot konsantrasyonuna sahip, esas itibariyla renksiz veya soluk renkli olan bir CVD elmas malzemesiyle baslayarak ve CVD elmas malzemesini elektronlarla isinlayarak soluk mavi veya soluk mavi/yesil elmas malzemesinin üretilebilmesi bu bulusun bir avantajidir. Tam renk (mavi ve yesil arasinda) azot konsantrasyonu kontrol edilerek degistirilebilir. Avantajli bir sekilde, diger her seyin, örnegin baska renk yaratabilecek baska elementlerin düsük seviyeleri korunur. lsinlama, elmas malzemesinde izole bosluklarin spesifik bir konsantrasyonunu yaratmak, böylece bir fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil renk olusturmak için kontrol edilir. Bu renkli elmas malzemeleri degerli taslar olarak veya renk filtreleri olarak veya bir kesme aleti, örnegin bir nester ve benzeri olarak spesifik bir kullanim alani bulabilir. “Renksiz” ve “beyaz” terimlerinin zaman zaman bu alanda degerli taslar için elmas malzemelerinin rengini belirtmek için es anlamli olarak kullanildigini belirtmek gerekir.

Bu bulus ayrica bulusa uygun bir usulle üretilen elmas malzemesini sunmaktadir. Rengin sadece bordan gelmedigi veya hiç bordan gelmedigi bir fantezi soluk mavi veya soluk mavi/yesil CVD elmas malzemesi de yenidir. Dolayisiyla bu bulus ikinci bir yönüyle [B] < 1 x 10'5 cm'3 veya [N] - [B] < 1 ppm°ye ve asagidaki renk özelliklerine sahip bir fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmas malzemesi sunmaktadir: Özellik Aralik Renk tonu açisi oi 1000-270° istege bagli olarak 110°-230° istege bagli olarak 120°-200° Doygunluk - C* En az 2 ve en fazla 10 istege bagli olarak 2 - 8 istege bagli olarak 2 - 6 Renk açikligi- L* >65 istege bagli olarak >70 istege bagli olarak >72 kullanilarak iyi bilinen bir sekilde belirlenebilir. Elmasta CIE L*a*b* Kromatiklik Koordinatlarinin kullanimi, bütün açiklamasi burada referans olarak zikredilen WO rengini degerlendirmek için özellikle uygundur. Yuvarlak, parlak, Cilali bir elmasin rengi, egitimli bir kisi tarafindan gözle veya bastan sona bir ölçü almak için iki paralel Cilali yan olacak sekilde düz olan en alt kisiin üzerine bir düz yüzey cilalanirsa CIE L*a*b* Kromatiklik Koordinatlari kullanilarak degerlendirilebilir. a* ve b* bir grafigin x ve y eksenleri olarak çizilir ve renk tonu açisi pozitif a* ekseninden pozitif b* eksenine dogru ölçülür. Dolayisiyla, 90°,nin üzerindeki ve 180°lnin altindaki bir renk tonu açisi, a*b* grafiginin üst sol çeyreginde bulunur. Rengi tanimlamak için bu semada Lt'< renk açikligidir ve dördüncü koordinat C* doygunluktur.

Bir nesnenin algilanan rengi, nesnenin transmitans/absorbans spektrumu, aydinlatma kaynaginin spektral güç dagilimi ve gözlemeinin gözlerinin tepki egrilerine baglidir.

Burada aktarilan CIE L*a*b* kromatiklik koordinatlari (ve dolayisiyla renk tonu açilari) asagida açiklandigi gibi elde edildi. Bir standart D65 aydinlatina spektrumu ve gözün standart (kirmizi, yesil ve mavi) tepki egrileri kullanilarak (G. Wyszecki ve W. S. Stiles, John Wiley, New York-Londra-Sydney, 1967) paralel yanli bir elmas plakanin CIE L*a*b* kroinatiklik koordinatlari, l nm veri araligiyla 350 nm ve 800 nm arasinda, asagidaki iliskiler kullanilarak transinitans spektrumunden elde edildi: Si = 9» dalga uzunlugunda transmitans L~^ = aydinlatmanin spektral güç dagilimi xi = gözün kirmizi tepki islevi yi = gözün yesil tepki islevi 2;, = gözün mavi tepki islevi X = 2;., [SL X',` Li] /Yo Y = 21. [SAW Li.] / Yo 2 = 29. [82,21 Li] I Yo C* = (a*2 + b*2)l/2 = doygunluk hah = arctan (b* / a*) = renk tonu açisi Bu denklemlerin modifiye versiyonlarinin Y/Yo, X/XO ve Z/Zo sinirlari disinda kullanilmasi gerekir. Modifiye versiyonlar Commission Internationale de L'Eclairage tarafindan hazirlanan bir teknik raporda (Colorimetry (1986)) verilmektedir. 21* X eksenine karsilik gelmek ve b* y eksenine karsilik gelmek üzere bir grafikte a* ve b* koordinatlarinin çizilmesi standarttir. Pozitif a* ve b* degerleri renk tonunun sirasiyla kirmizi ve sari bilesenlerine karsilik gelir. Negatif a* ve b* degerleri sirasiyla yesil ve mavi bilesenlere karsilik gelir. Bu durumda grafigin pozitifçeyregi, baslangiçtan mesafeyle verilen doygunluklarla (C*) saridan turuncuya, turuncudan kirmiziya kadar renk tonlarini Belirli bir absorpsiyon katsayisi spektmmuyla, optik yol uzunlugu degistikçe elmasin a*b* koordinatlarinin nasil degisecegini öngörmek mümkündür. Bunun için, ilk olarak, ölçülen absorbans spektrumuridan yansima kaybinin çikarilmasi gerekir. Daha sonra absorbans farkli bir yol uzunluguna izin verinek için ölçeklenir ve sonra yansima kaybi tekrar eklenir.

Daha sonra absorbans spektrumu yeni kalinlik için CIE L*a*b* koordinatlarini elde etmek amaciyla kullanilan bir transmitans spektrumuna dönüstürülebilir. Böylece, renk tonunun, doygunlugun ve renk açikliginin optik yol uzunluguna bagimliligi modellenerek, birim kalinlik için verilen absorpsiyon özelliklerine sahip elmasin renginin nasil optik yol uzunluguna bagli olacagi anlasilabilir.

L*, renk açikligi, CIE L*a*b* renk boslugunun üçüncü boyutunu olusturur. Spesifik optik absorpsiyon özelliklerine sahip elmas için optik yol uzunlugu degistikçe renk açikliginin ve doygunlugun degisme biçimini anlamak önemlidir. Önceki paragrafta açiklanan usul belirli bir absorpsiyon katsayisi spektrumuna sahip elmasin L*C* koordinatlarinin nasil optik yol uzunluguna bagli oldugunu öngörmek için de kulanilabilir.

C* (doygunluk) sayilari 10 C* birimlik doygunluk araliklarina bölünebilir ve asagidaki tanimlayici terimler verilebilir. 0-10 zayif -20 zayif-orta -30 orta -40 orta-güçlü 40-50 güçlü 50-60 güçlü-çok güçlü 60-70 çok güçlü 70-80+ çok çok güçlü Benzer bir sekilde L* sayilari asagidaki gibi renk açikligi araliklarina bölünebilir: -15 çok çok koyu -25 çok koyu -35 koyu -45 orta/koyu 45-55 orta 55-65 açik/orta 65-75 açik 75-85 çok açik 85-95 çok çok açik Asagidaki açiklik ve doygunluk kombinasyonlariyla tanimlanan dört temel renk tonu Parlak: Açik renk ve yüksek doygunluk, Soluk: Açik renk ve düsük doygunluk, Derin: Yüksek doygunluk ve koyu, Mat: Düsük doygunluk ve koyu.

Bulusun düzenlemeleri simdi ilisikteki çizimlere ve örneklere referansla, örnek yoluyla açiklanacaktir, burada: Yukarida sözü edilen Sekil 1, soluk mavi veya soluk mavi/yesil elmas malzemesi elde etmek için bulusa uygun usuller için yollari gösteren bir akis semasidir; Sekil 2, oda sicakliginda ölçülen A, B ve C absorpsiyon spektrumlaridir, burada A örnek 2- 4 ve 97da kullanilan baslangiç elmas malzemesi için spektrumdur, B örnek 1 ve 8”de kullanilan baslangiç malzemesi için spektrumdur ve C örnek 5-7”de kullanilan baslangiç malzemesi için spektrumdur; Sekil 3, -196°C”de (77 K) ölçülen UV Görünür absorpsiyon spektrumlari A, B ve C”dir, burada A, B ve C sirasiyla, her biri belirtildigi gibi isinlamadan sonra gösterilen örnek 2, 3 ve 4 için absorpsiyon spektrumlaridir; ve Sekil 4, V' ve V0 kusurlarini belirten NDl ve GRl piklerini gösteren, isinlamadan sonra sirasiyla örnek 2 ve 6 için -l96°C°de (77 K) ölçülen absorpsiyon spektrumlari A ve Bldir.

Bulusun tek kristalli CVD elmasini sentezlemek için uygun HPHT elmas substratlari lazerle kesildi, substratlar içine yerlestirildi, kusurlarin yogunlugu 5 x 103 /m2°nin altinda ve genellikle 102 /mm,nin altinda olacak sekilde yüzey alti kusurlarini en aza indirmek için parlatildi. 500 um kalinliga sahip 3.6 mm x 3.6 mm boyutlarinda kare parlatilmis HPHT plakalari, bu asamada bütün yüzler {100} '1 mm°nin altinda bir yüzey pürüzlülügüne (RQ) sahip olmak üzere, bir atese dayanikli metal disk üzerine monte edildi ve bir CVD elmas büyütme reaktörüne yerlestirildi.

Büyüme evreleri 1) CVD elmas reaktörüne Önceden, gelen gaz akimindaki kasitsiz kirletici türleri 80 ppbinin altina indiren kullanim noktasi saflastiricilari takildi. sicakligi kullanilarak bir in situ oksijen plazmali yakma uygulandi. 3) Bundan sonra, kesinti olmadan, gaz akisindan 02 giderimiyle bir hidrojenle yakma uygulandi. 4) Bunun ardindan, karbon kaynagi (bu durumda CH4) ve katki gazlari ilavesiyle büyütme islemine geçildi. CHjün 165 sccm”de aktigi bu örnekler için, islem gazinda farkli örnekler için farkli seviyelerde, Andaki hava veya H2”deki Nz gibi 100 ppb N2 içeren bir kaynagin kalibre edilmis bir kaynagindan temin edilen azot vardi ve bazi örnekler için islem gazinda ayrica 02 vardi. Örnek Islem gazinda bulunan azot katki Islem gazinda bulunan oksijen (02) maddesi (ppm) akisi (ppm) 1 ve 8 1.8 0 2 - 4 ve 9 0.09 0 -7 1.0 1 3 700 6) Büyüme döneminin tamainlanmasi üzerine, substrat reaktörden çikarildi ve CVD elmas tabakasi lazerle kesme ve mekanik parlatma teknikleriyle substrattan ayrildi. 7) Bu, tipik boyutlari ~3.1X5x5 mm ve isik için tipik ortalama yol uzunlugu 6 mm olan bir CVD numunesi verdi.

Bu büyütülmüs CVD elmas malzemesi bu tarifnamenin istemleriyle tanimlanan “temin edilen elmas,”tir.

Sekil 2 A, B ve C absorpsiyon spektrumlari olup, burada spektrum A örnek 2-4 ve 97da kullanilan baslangiç elmas malzemesinin spektrumudur ve yüksek saflikta bir CVD büyütme islemiyle büyütülmüs elmas malzemesini temsil eder. Bu örneklerde, temin edilen CVD elmasin görünür spektruinunda NS0 disindaki kusurlara atfedilebilen bütünlesik absorpsiyonun yüzdesi >%90”dir. Bu örneklerde, bu nedenle, 270 nmlde hiçbir ayri pik olmamasinin gösterdigi gibi mutlak [N50] konsantrasyonu düsüktür. 510 ve 350 nmide absorpsiyon sirasiyla <0.5 ve 0.3 cm'1 oldugu için malzemede kahverengilesine yoktur. Bu yüksek satliktaki malzemeler renksizdir ve bulusun usulüne göre isinlama için uygun temin edilen CVD elmas malzemeleridir. Sekil 2”de, spektrum B örnek 1 ve 87de kullanilan baslangiç malzemesinin spektrumudur. Bu baslangiç malzemesi kaynak gazinda hiç oksijen olinadan geleneksel bir CVD büyütme islemiyle büyütülmüs bir CVD elmas malzemesidir. Bu örneklerde baslangiç CVD elmas malzemesinin görünür spektiumunda NSO disindaki kusurlara atfetilebilen bütünlesik absorpsiyonun yüzdesi >%90,dir ve ayrica ve 8”in baslangiç elmas malzemeleri, bu bulusun isinlama usulü için islemden geçirilmemis uygun baslangiç malzemeleri degildir ve isinlamadan önce soluk kahverengidir. Ancak islemden geçirilirlerse, örnegin örnek 8,de gösterildigi gibi HPHT,yle tavlanirlarsa, bu bulusun isinlama usulü için uygun öncü elmas malzemeleri olurlar. Sekil 2”de, spektrum C, kaynak gazinda ilave edilmis oksjinin bulundugu bir CVD büyütme islemiyle büyütülen elmas malzemeleri olan örnek 5-7”de kullanilan baslangiç malzemesinin spektrumudur. Bu spektrumda, 510 nm ve 350 nmsde absorpsiyon sirasiyla >0.5 cm`l ve 0.3 cm" 'dir, ancak temin edilen CVD elmasin görünür spektrumunda NS0 disindaki kusurlara atfedilebilen bütünlesik absorpsiyonun yüzdesi simdi

Claims (20)

ISTEMLER
1. l. Fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD tek kristalli elmas malzemesi hazirlamak için bir usul olup, asagidaki asamalari içerir: i) bir CVD islemiyle büyütülmüs tek kristalli elmas malzemesi temin etmek, elmas malzemesinin [N50] konsantrasyonu l ppminin altindadir, temin edilen CVD elmas malzemesi renksizdir veya renksiz degilse rengi kahverengi veya sari olarak siniflandirilir ve rengi kahverengi olarak siniflandirilirsa, 0.5 ct Yuvarlak Pirlanta Kesim bir elmas tasi için G (kahverengi) veya daha iyi bir renk sinifina sahiptir ve rengi sari olarak siniflandirilirsa, 0.5 ct Yuvarlak Pirlanta Kesim elmas tasi için T (sari) veya daha iyi bir renk sinifina sahiptir; ve (ii) temin edilen CVD elmas malzemesini elektronlarla isinlayarak, bu asamada veya isinlama sonrasi baska bir islemden sonra isinlanmis elmas malzemesindeki toplam bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpiminin ([VT] K L) en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm olacagi sekilde elmas malzemesi içinde izole bosluklar olusturmak, böylece elmas malzemesi fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil renkli olur, burada fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD tek kristalli elmas malzemesinin bor konsantrasyonu [B] <5 x 10'5 atom/cm3 ,tür ve asagidaki renk özelliklerine sahiptir:
2. 2. Istem l”e uygun bir usul olup, burada temin edilen elmas malzemesinin rengi kahverengi veya sari olarak siniflandirilir ve kahverengi olarak siniflandirilirsa 0.5 ct Yuvarlak Pirlanta Kesim bir elmas tasi için renk tonu açisi 0° ila 90°,nin alti araligindadir ve rengi sari olarak siniflandirilirsa 0.5 ct Yuvarlak Pirlanta Kesim bir elmas tasi için renk tonu açisi 90°-130° araligindadir.
3. 3. Istem 1 veya 2lye uygun bir usul olup, burada hiçbir baska isinlama sonrasi islem yoktur ve elektronlarin dozu, isinlanmis elmas malzemesinde en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm toplam izole bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpimi [VT] x L olusacak sekilde seçilir.
4. 4. Istem 1 veya 2”ye uygun bir usul olup, en fazla 0.36 ppm cm toplam izole bosluk çarpimina ulasmak için isinlanmis elmas malzemesini isinlama sonrasi islemden geçirmek için ek bir asama içerir.
5. 5. Istem 4le uygun bir usul olup, burada isinlama sonrasi islem asamasi, isinlanmis elmas malzemesinin en az 300°C ve en fazla 600°C bir sicaklikta tavlanmasini içerir.
6. 6. Istem 56 uygun bir usul olup, burada elektronlarin dozu, isinlama sonrasi islem asamasindan önce isinlanmis elmas malzemesinde en fazla 0.72 ppm cm olan toplam izole bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpimi, [VT] x L olusturmak üzere seçilir.
7. 7. Istem l-6”nin herhangi birine uygun bir usul olup, burada temin edilen elmas malzemesine iliskin olarak, 350 nmlden 750 nm7ye kadar görünür aralikta NSO disi kusurlara atfedilebilen toplam bütünlesik absorpsiyon %90'1n üzerindeyse, 350 nm°de absorpsiyon katsayisi 0.5 cm'1 ,in altindadir ve 510 nmlde absorpsiyon katsayisi 0.3 cm"1 ”in altindadir.
8. 8. Istem l-6Snin herhangi birine uygun bir usul olup, öncü elmas malzemesinin dogrudan veya baska islemden sonra temin edilen elmas malzemesi olarak kullanilmak üzere büyütülmesini içerir, öncü elmas malzemesi, bütünlesik absorpsiyonun en fazla %90linin aralikta toplam bütünlesik absorpsiyonu haiz bir absorpsiyon spektrumuna sahiptir.
9. 9. Istem 8,e uygun bir usul olup, burada CVD islemi, gaz fazinda >10000 ppm oksijen molekülü konsantrasyonunda bir islem gazina oksijen ilave edilmesini içerir.
10. 10. Istem 8 veya 9”a uygun bir usul olup, burada öncü elmas malzemesini büyütme asamasi, bir substrat ve bir kaynak gazi temin edilmesini; ve substrat üzerinde homoepitaksiyal elmas sentezine izin verilmesini içerir, burada sentez ortami yaklasik 0.4 ppm ila yaklasik 50 ppm atomik konsantrasyonda azot içerir; ve burada kaynak gazi (a) yaklasik 0.4 ila yaklasik 0.75 olan bir hidrojen atomik fraksiyonu, Hf; (b) yaklasik 0.15 ila yaklasik 0.3 olan bir karbon atomik fraksiyonu, Cf; (c) yaklasik 0.13 ila yaklasik 0.4 olan bir oksijen atomik fraksiyonu, Of) içerir; burada Hf + Cf+ Of: l; burada karbon atomik fraksiyonunun oksijen atomik fraksiyonuna orani CfIOf, yaklasik 0.4521 < CfIOf< yaklasik 1.25:l oranini karsilar; burada kaynak gazi, var olan hidrojen, oksijen ve karbon atomlarinin toplam sayisinin atomik fraksiyonu 0.05 ve 0.4 arasinda olmak üzere hidrojen molekülleri (Hz) olarak ilave edilen hidrojen atomlari içerir; ve burada Hr, Cf ve Or atomik fraksiyonlari kaynak gazinda bulunan hidrojen, oksijen ve karbon atomlarinin toplam sayisinin fraksiyonlaridir.
11. 11. Istem l-7°nin herhangi birine uygun bir usul olup, burada bir hedef [N30] konsantrasyonu isinlanmis elmas malzemesinin istenen nihai rengine göre önceden belirlenir ve temin edilen CVD elmas malzemesindeki fiili [N50] konsantrasyonu sözü edilen hedef [N50] konsantrasyonunun %20”si içinde kontrol edilir.
12. 12. Yukaridaki istemlerin herhangi birine uygun bir usul olup, bir Öncü elmas malzemesinin büyütülmesini ve sonra büyümüs CVD elmas malzemesinin en az 1600°C bir sicaklikta tavlanmasiyla asama (i)”de temin edilen sözü edilen CVD elmasin üretilmesini içerir.
13. 13. Yukaridaki istemlerin herhangi birine uygun bir usul olup, burada asama (i),deki temin edilen CVD elmas malzemesinin bor konsantrasyonu [B] 5x1015 atoms/cm3ӟn altindadir.
14. 14. Istem 1-12*nin herhangi birine uygun bir usul olup, burada dengelenmemis bor, temin edilen elmas malzemesinde >5x1015 cm`3 konsantrasyonunda bulunur ve isinlama asamasi, izole bosluklar boru dengelemek için kullanildiktan sonra. isinlamadan sonra veya baska bir isinlama sonrasi islemden sonra izole bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpiminin en az 0.072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cm olacagi sekilde elmas malzemesine yeterli izole bosluklar getirir.
15. 15. Yukaridaki istemlerin herhangi birine uygun bir usul olup, burada isinlaina dozu 0.5 ct
16. 16. Yukaridaki istemlerin herhangi birine uygun bir usul olup, burada temin edilen elmas malzemesi, ilk ve ikinci durumlarda absorpsiyon özelliklerinin en az birinde ölçülebilir bir fark gösterir, ilk durum isinlamaya maruziyeten sonra en az 5.5 eV enerjiye sahip olunan durumdur ve ikinci durum 525°C,de (798 K) isi isleminden sonraki durumdur ve burada isinlama sonrasinda ilk ve ikinci dummlarda elmas malzemesinin renk doygunlugu C* degerindeki degisiklik en az 0.5 azalir.
17. 17. Yukaridaki istemlerin herhangi birine uygun bir usul olup, burada isinlama sonrasinda, ilk ve ikinci durumlarda elmas malzemesinin C* degerindeki degisiklik 1,in altindadir, ilk duruin isinlainaya maruziyetten sonra en az 5.5 eV enerjiye sahip olunan durumdur ve ikinci durum 525°C,de (798 K) isi isleminden sonraki durumdur.
18. 18. Yukaridaki istemlerin herhangi birine uygun bir usul olup, temin edilen elmas malzemesinin [N50] konsantrasyonunun, temin edilen elmas malzemesinde hedefV'N0 oranini elde etmek üzere seçilmesini içerir.
19. 19. Bir fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmas olup, bor konsantrasyonu [B] <5 x 1015 atom/cm3 ,tür ve asagidaki renk özelliklerine sahiptir: Özellik Aralik Renk tonu açisi (x 100°-270° Doygunluk C* En az 2 ve en fazla 10 Renk açikligi L* >65 ve burada fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmasta toplam izole bosluk konsantrasyonu x yol uzunlugu çarpimi, [VT] X L en az 0072 ppm cm ve en fazla 0.36 ppm cmldir.
20. 20. Istem 195a uygun bir fantezi soluk mavi veya fantezi soluk mavi/yesil CVD sentetik tek kristalli elmas olup, (i) -196°C,de (77 K) ölçülen absorpsiyon katsayisi, 741 nm dalga uzunlugunda en az 0.01 cm'] ”dir; ve (ii) -196°C,de (77 K) ölçülen absorpsiyon katsayisi, 394 nm dalga uzunlugunda en az 0.01 cm`i ,dir