TW200923146A - Low pressure method of annealing diamonds - Google Patents
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Description
200923146 六、發明說明: 【發明所屬之技術領織】 政府權益的陳述 本發明以獎助號碼NSF EAR-0550040於得自國家科學 5基金會之美國政府贊助下完成。美國政府對本案擁有若干 權益。 發明領域 大致上本發明係關於退火鑽石,更特別於低壓,亦即 於低於先前用於退火單晶CVD鑽石之壓力下包括約一大氣 10壓或以下之壓力退火單晶化學氣相沉積(CVD)鑽石。本發明 可用於改良鑽石之光學性質,更特別可用於以快速生長速 率製造具有高光學品質之單晶CVD鑽石。
C先前技術;J 發明背景 15 經由提供能量至含前驅物分子之氣相碳中而達成化學 氣相沉積之鑽石生長。舉例言之可使用微波能來形成電 漿,其沉積碳至種晶鑽石上而形成鑽石。近年來,全部生 長鑽石之CVD技術結果導致多晶鑽石或極為薄層之單晶鑽 石。本案之三位發明人(亦即Hemley、Mao及Yan博士)已經 20發展出一種微波電漿CVD技術來生長大型單晶CVD,此等 技術係揭示於專利申請案第1〇/288,499號,申請日加们年丄! 月6日今日為美國專利案第6,58,078號;專利申請案第 11/438,260號,申請日2006年5月23日;專利申請案第 11/599,361號,申請曰2006年11月15曰,各案皆以引用方式 200923146 併入此處。
定,可製造無色鑽石。 造之鑽石可為黃色或褐色。 石之生長溫度決定。特定言之,當 石時,依據電漿装置氣體混合物而 但於某個溫度範圍以外之溫度所製 褐色天然鑽石之褐色變淺,以及藉高壓高溫退火造成雜
(2000)報告。 大部分天然鑽具有褐色,因而作為寶石之吸引力降低 (例如參考Fritsch E,於g.E. Harlow (編輯)(I"8年)鑽石本 質,劍橋大學出版社,英目,23_47頁)。自1999年以來高壓 15咼溫退火已經成為目前加強天然褐鑽之色澤之商用方法, 此種方法要求於1800-2500。(3範圍之溫度及5 GPA範圍之 高壓以防止鑽石變成石墨化。例如參考AT. C〇llins,η. Kanda及H Kitawald「精1%壓局溫處理於天然褐鑽·中產生的 色澤變化」,鑽石 Relat· Mater. 9,113-122 (2000); Alan T. 20 Collins, Alex. Connor, Cheng-Han Ly, Abdulla Shareef, Paul M. Spear,「I型鑽石之光學中心之高溫退火」,J. Appl. Phys. 97, 083517 (2005); D_ Fisher及R_A_ Spits, Gems. Gemol. 36, 42 (2000))。於含低氮濃度之天然鑽石中發現褐色的減少係 歸因於塑性變形之退火(例如參考由L.S_ Hounsome等人「鑽 200923146 石中褐色著色之起源」,物理綜論B 73, 125203 (2006))。於 含氮鑽石中’於此退火期間由差排所釋出的空位被捕捉而 形成於中性電荷態之N_V_N中心,H3帶形成鑽石之黃綠色。 部分天然合成因高溫處理(大於70(TC )而轉成無色或近 5無色)(例如參考Ming-sheng Peng等人「鑽石色澤提升之研 究」’湖南地質學補遺17-21 (1992))。
於掺氮SC-CVD鑽石中觀察得下列缺陷:取代氮(Ns〇及 Ns+)、氮-空位錯合物(NVjNV〇)、氮_空位氫(NVh·)、空位 -氫錯合物、矽-空位錯合物及非鑽石碳。 10 15 美國專利案第7,172,655號係針對一種製造具有期望色 澤例如包括桃紅-綠色範圍之色澤之單晶CVD鑽 <方法。 本發明人中之三位發現使用反應容器,於習知高壓言四 裝置内,於1800-2900。(:之溫度與5-7 GPa之壓力進行單曰二 色或褐色CVD鑽石之高壓高溫退火經歷約uo分# 曰汽 里,因而 將若干單晶褐色CVD鑽石轉成透明無色單晶鑽石(參, 國專利案第10/889,171號,申請日2〇〇4年7月13日、> 、 )°特定言 之’ Hemley、Mao及Yan博士發現於鑽石安定領垴 .外於約 1400-14600°C溫度,於含4-5%氮/甲烷比之大氣下及於至
4.0 GPa之壓力下以高度生長速率生長單晶黃色或淺V CVD鑽石生長,可退火變成無色單晶鑽石。此 褐色 匕退火的 CVD鑽石之拉曼光譜及PL光譜驗證氫化非晶形嗖之、肖失 以及於此種無色單晶鑽石中N-V雜質顯著減少。 然係類似於I.M. Reinitz等人有關藉褐色天然鑽 溫退火產生透明度之提升之報告。 仕匕等變化顯 石之高壓高 20 200923146 涉及前述方法之高壓結果可能導致高成本。如此,期望 開發一種鑽石之低壓退火方法來改良某些鑽石特性,包括 光學性質。也期望開發可用於不同類型鑽石包括但非限於 CVD鑽石(單晶鑽及多晶鑽)、高壓高溫鑽石及天然鑽石之低 5 壓退火方法。 本發明之一個目的係提升鑽石之光學性質。另一個本 發明之目的係由鑽石讓色澤變淡或移除色澤。本發明之又 另一目的係改良任一類鑽石之品質,任一類鑽石包括但非 限於單晶及多晶CVD鑽石、高壓高溫鑽石及天然鑽。本發 10 明之一額外目的係經由透過於低壓操作之方法來達成前述 目的。其他目的由後文發明詳細說明為顯然自明。 t發明内容3 發明概要 廣義言之,本發明係針對退火鑽石或改良其光學性質 15 之方法,該等方法可實質上免除相關技術之限制及缺點所 造成之一項或多項問題。 額外本發明之特色及優點將陳述於後文之詳細說明, 或由後文之說明將更為彰顯,或可由實施本發明而習得。 本發明之目的及其他優點可由書面說明本文及申請專利範 20 圍特別指出之結構實現與達成。 為了達成此等目標及其他優點且根據本發明之目的, 如具體實施及廣義說明,一種改良鑽石之光學品質之方法 包括將鑽石溫度由約l〇〇〇°C升高至約2200°c,且將鑽石壓 力控制於鑽石安定範圍以外之約5大氣壓或以下。前述條件 200923146 係控制於還原大氣下,鑽石固定於散熱座固定架内部,讓 散熱至於相鄰於鑽石邊緣之鑽石側面作熱接觸。 如所揭示者為一種製造化學氣相沉積(CVD)鑽石之方 法,包括控制鑽石生長面之溫度,因而鑽石晶體之生長溫 5度係於900-1400 °C之範圍,以及鑽石係架設於具有高熔點 及高導熱率之材料所製成之散熱座固定架來減少跨鑽石之 成長表面之溫度梯度;於具有大氣壓大於150托耳之沉積室 内藉k波電漿化學氣相沉積成長鑽石於鑽石之成長面上, 其中該大氣包含每單位氫由約8%至超過約3〇%甲烷;由該 10沉積室内移除成長的單晶鑽石仍然置於散熱座固定架内; 以及於還原大氣下,於鑽石安定範圍以外由約〖托耳至約 760托耳之壓力下,將CVD鑽石溫度由約l4〇〇t:升高至約 2200 C歷經由約5秒至3小時時間。藉前述方法所製造之 CVD鑽石可為單晶cvd鑽石。 15 須瞭解前文概略說明及後文本發明之細節說明僅為舉例 說明之用,意圖提供對如所申請專利之發明之進一步解說。 圖式簡單說明 第1圖提供單晶CVD鑽石之成長速率相對於色澤之線 圖,其中若干鑽石係透過所揭示之低壓高溫方法退火來改 20 良光學品質。 第2圖提供於低壓退火處理之前及之後之cvd鑽石之 相片。 第3圖提供退火前及退火後鑽石之UV_VIS吸收光譜。 第4圖顯示於退火前及退火後褐鑽之光激發發光光譜。 200923146 示於退火前及退火後鑽石之紅外線 第5a圖及第5b圖顯 吸收光譜。 【實施•方式】 較佳實施例之詳細說明 現在將做本發明之較佳實施例之細節說明。 本毛明之方法主要有兩種:第-種為退火鑽石或改良 、光干!生貝之低壓方法;第二種為快速製造高光學品質鑽 v驟式方法,6玄方法係經由a)成長單晶鑽石,較佳 為單曰B鑽石且較佳係藉微波電聚化學氣相沉積成長;以及 Μ然後Μ執行低壓方法來退火已成長的鑽石或改良已成長之 鑽石之光學品質。後述方法特別有用,原因在於該方法提 供以快速速率生長時改良CVD鑽石品質之手段,該快速成 長速率常見係用於製造非標準色鑽石(例如褐鑽 如此處使用「退火」—詞當用來指本案方法時,須瞭 15解可改良鑽石之若干性質包括但非限於減低殘餘應力,、消 除缺陷,將色澤淡化或移除色澤。舉例言之,須瞭解退火 可改良鑽石之光學性質。 可於任一型鑽石執行鑽石退火之高溫低壓方法(後文 也稱作為「高溫」退火或「高溫」方法),該等鑽石類別包 °括但非限於單晶CVD鑽石、多晶CVD鑽石、高壓高溫鑽石 及天然鑽。於較佳實施例令,鑽石之退火或改良光學品質 之方法係使用CVD鑽石執行。於更佳實施例中,該方法係 使用單晶CVD鑽石執行。 用於低壓高溫退火方法提高鑽石溫度之加熱來源包括 200923146 但非限於微波、熱線、烤爐或烤箱加熱源。 低壓鬲溫退火處理可提高鑽石色澤達至少3個等級。舉 例言之,接受退火處理之K級褐色可提高至G級。G級褐色 可透過該退火處理升級至E_p級,帶有透射比接近55〇奈米 5之桃紅色。此種色澤的改良驗證高溫低壓方法可媲美使用 例如美國專利申請案第10/889,171號所揭示之高溫高壓退 火方法所達成的結果》 色澤之估計方式係將800奈米之透射比規度化成為 1〇〇/。,且分別根據於400奈米之透射比為80%、70%、60%、 10 50%、40%、30%、20%、1〇%、〇%指派E、F、G、H、】、】、 Κ、L及Μ值。如前文討論,低壓高溫退火處理可升高色澤 三級。 更特別參考附圖,第1圖顯示單晶CVD鑽石之成長速率 相對於色澤之線圖,其中若干鑽石係透過所揭示之低壓高 溫方法退火來改良光學品質。該線圖中所顯示之鑽石為含 氮雜質由低於10 ppb至超過400 ppm之高品質單晶CVD鑽 石作為I型鑽石或Η型鑽石。鑽石之厚度超過18毫米(15克 拉),係由本發明發明人使用例如美國專利申請案第 11/438,260及丨1/599,361號所揭示之極高成長速率方法製 造。鑽石係於由約剛。(:至約22〇叱之溫度退火歷經由如 秒至約3小時時間。鑽石維持於則托耳至約5大氣壓之還原 大氣下’須瞭解係為了防止鑽石之顯著石墨化反應。大部 分測試中係使用氫來維持還原大氣。透過微波電漿^⑽ 熱之鑽石係置於I目固定架内部,其實例例如係揭示於美國 200923146 第6,858,078號專利案。然後固定架内部之鑽石以石墨粉末 圍繞來確保均句高溫溫度,防止微波電聚姓刻前加熱鑽石 至鑽石有裂痕的程度。 藉前文討論之低壓高溫退火方法處理之單晶⑽鑽石 5 具有下列特性中之至少一者: 1·深色鑽石將轉成帶有別緻色澤諸如帶有桃紅色、紅 色或紫色之無色或接近無色。 2. 原先氮·空位雜質N-V中心藉雷射所激發之於575奈米 及637奈米之PL強度將增加或減低,成為於5〇3奈米之η3中心 10 (氮空位錯合物),該中心不存在直到退火步驟後才存在。 3. 於2930厘米-1之a-C:H紅外線吸收寬帶被退火至有 良好解析度的(111)及(100) C-H伸縮振動峰,主要位於281〇 厘米、2870厘米及2900厘米丨。於約7357厘米_1、6856厘 米」及6429厘米―1之氫感應電子過渡吸收大減。 15 4.於偏光顯微鏡下,降低光學雙折射為比較原先鑽石 有較低應變之指示。 5.維克氏(Vicker’s)硬度測試顯示減低的脆變線,其為 較高細度之指示。 根據前文討論之高溫低壓退火方法退火之含低氮雜質 20及高氮雜質之鑽石適合用於下列用途,包括但非限於光學 裝置、機械及電子用途、寶石、雷射窗口及增益媒體、散 熱座、量子運算、半導體及耐磨用途。 如由第1圖可知’使用0.2 seem氮於50 seem甲烧透過微 波電漿CVD成長之褐鑽及使用0.1 seem氮於50 seem甲烷透 200923146 過微波電漿CVD (MPCVD)成長之淺褐鑽分別具有於Κ-M及 Η-Κ範圍之色澤。於低壓高溫處理後,鑽石具有於下述範圍 之色澤:褐鑽(G-J)及淺褐鑽(E-G)。如此顯示藉鑽石置於本 發明之低壓高溫退火方法,達成約3色澤等級之色澤提升。 第2圖顯示於低壓高溫退火處理前及後MPCVD鑽石之 相片。於三張相片中’左側鑽石尚未使用低壓高溫退火方 法處理。右側鑽石已經使用低壓高溫退火方法處理。處理 前與處理後之鑽石間之透明度差異由照片顯然易明。 實例 由卡内基研究所(Carnegie Institution)以極高成長速率 方法所製造之多種SC-CVD鑽石具有下列性質:(1)約低於 10Ppb至超過4〇〇ppm之氮雜質,由二次離子質譜(SIMS)測 里來測疋’(2)由無色至近無色之I型鑽石及II型鑽石之褐色 色彩,及(3)厚度高達超過18毫米(或15克拉)之尺寸。於由 600 C至14GG C之溫度蓄意添加氮所製造的鑽石顯示較高 生長速率’促進⑽)小面化成長,且防止雙晶鑽石及多晶 鑽石的形成。褐色強度大半取決於溫度及氣體中之氮濃 又近無色至褐gSC_CVD鑽石可於低於2%^/<:^4之氮濃 衣U,於藉514奈米雷射光譜激發之拉曼光譜中具有接近 厘米之明顯非鑽石碳帶之褐色至深褐色鑽石可於 2〇% 至 1000%N2/CH4製造。 褐鑽於微波電裳CVD室内於200托耳氫壓力下於由 C超過220〇 C之高溫退火數小時至少於丨分鐘時 間。鑽石透過微波電紅VD方法加熱,置於由石墨粉末所 200923146 ®繞之鉬固定架内部俾便讓溫度之分布均勻化且防止微波 及电漿之局部蝕刻及加熱鑽石,可能導致熱裂。 須注意褐色韌性SC_CVD鑽石可為高品質單晶鑽石來 防止因下列條件所導致之顯著石墨化及裂痕:高溫(例如超 5過1600c),於鑽石安定壓力以外之低壓以及於能量激發氫 電渡姓刻下。於14〇〇-220(TC之高溫處理後之單晶CVD鑽石 顯示光學、電子及機械特性之大為提升。 以氮雜質含量低於10 ppm,於0_2毫米至3毫米厚度, 藉南溫退火所製備之四十多個II型SC-CVD鑽石板經決定 10其特徵如下: 高溫處理後,褐鑽改成帶有別緻的色 彩諸如帶有桃紅色、紅色、紫色或橙桃色之無色或接近無 色。如第3圖之UV-VIS吸收光譜可知,深色鑽石通常具有 三個於可見光區之寬吸收帶:270奈米取代氮吸收,370奈 15米及550奈米寬帶,該等吸收帶於高溫退火後降低。高壓高 溫退火報告有類似的色澤提升。色澤等級平均提升3級,諸 如由J色提升至G色,等級係由吸收光譜評估。當溫度低於 1500 t時,於大氣壓下進行鑽石退火,未觀察得CVD鑽石 之急劇色澤提升。 20 Π.光激:如第4圖可知,褐CVD鑽石之光激發光 (PL)光譜顯示仍然存在有藉雷射所激發之原先氮-空位雜質 [N-V]G及[N-V]-中心於575奈米及637奈米之強度,而高溫退 火前不存在之於503奈米之H3中心(氮-空位錯合物)將開始 出現。高溫退火時發展出兩個達到N-V中心之階段。於低溫 12 200923146 或短時框執行退火後的[N_v]〇 (575奈米)及[Ν-V]· (637奈米) 中心之P L強度增加丨倍至5倍,結果導致之48 8奈米激光強橙 色螢光。退火前,如所生長之褐鑽顯示深紅色螢光。相俨 高溫退火CVD鑽石之橙色色調係來自於此種橙色螢光。於 5較咼溫退火或經歷長時間退火,[N-V]0及[N-V]-中心之pL 強度降低。不似高壓高溫處理,量子運輸用途相關之n_v 中心顯然減少或消失,將由PL光譜中之強Η3中心主控。趨 勢為[N-V]—中心(637奈米)部分減低。如此暗示電子中心之 含量減少,原因在於主要來自於[N_V]-中心之未耦合電子變 10成耦合而形成575奈米及H3中心,如此關聯色澤的提升。 紅外綠翌紅外線吸收光譜顯示當高溫退火時 氫相關振動的及電子的結構變換。第5圖顯示於28〇〇32〇〇 厘米_1之範圍之C-H伸縮振動帶。於褐CVD鑽石觀察得歸因 於氫化非晶形碳(a_C:H)之於2930厘米-1之寬帶。此種強度係 15與鑽石之褐色及其高韌度有交互關聯。a-C:H峰經高溫退火 成多個有良好解析度的C-H伸縮帶,分別位於2810厘米-1 (於{111}之sp3混成鍵結)、2870 (Sp3-CH3)及2900厘米Ί (於 {100}之sp3混成鍵結)、2925 (sp3-CH2-)、2937及2948厘米-1、 3032及3053厘米-1 (印2_混成鍵結)。cvd内部之{111}表面暗 20示於藉退火之局部更緊密結構(2)帶有提升色彩之經變換之 如所生長的褐色{100} CVD鑽石中帶有旁懸鍵結之相對開 放的a-C:H結構。已經基於高壓高溫退火CVD鑽石之C_H伸 縮之觀察描述色彩加強之可能的機轉。於電子過渡區(第5b 圖),於7357厘米(0.913電子伏特,氫感應電子過渡)、7200 13 200923146 厘米―1、6856厘米―1及6429厘米之主要吸收以及於8761及 5567厘米-1之次要吸收大減或消失。此外近紅外光區由5000 厘米-1連續增加吸收至10000厘米之吸收減少。前述高溫退 火效應係類似於南壓咼溫退火效應。意外為高溫鑽石及原 5 CVD鑽石具有南壓向溫鑽石所沒有的3124厘米-1峰(涉及一 個碳之Η)及7357厘米1、7220厘米-1、6856及6429厘米-1, 高壓高溫鑽石不具有。該吸收峰係存在於高壓高溫退火試 樣且高溫鑽石不具有高壓高溫退火試樣所存在之灰色相關 之3107厘米 1 (sp2-CH=CH-)以及2972 (sp2-CH2-(28))及2991 10厘米L另一項可能之差異為高壓誘導sp3C-H鍵結移位至高 壓高溫退火試樣中之2820厘米、2873厘米―1及2905厘米―1 之更高波數達3厘米-1至15厘米_丨。 !Υ·雙折·於具有十字偏光鏡之顯微鏡下,於高溫退 火鑽石觀察得較低的光學雙折射,指示比較未經退火之原 15先鑽石有較低應變,因此色彩由黃轉灰,兩個十字方向應 變變成一個方向, 更進一步提示應力的減低。 比杈咼壓鬲溫退火的高溫退火前及後之CVD鑽石特性 顯π退火機轉及褐色原點及桃紅色色澤。基於uv_vis、pL 及SR-FTIR光譜’可推^CVD褐鑽之高溫退火的潛在機轉。 20 隨著退火溫度的升高,pL夫 變之三個重要週期。於第一 空位變成移動性, ’ PL光譜及SR-FTIR光譜顯示色彩改 於第一階段,當溫度接近7〇〇 t時, 由於空位被捕捉於N中心,形成更多個
理論性’但相信此乃為何於低溫退火 中心及NV—中心之PL強度增高的原 14 200923146 故。直到1400°C之前’褐色維持未減低。其次,加熱至1400 °C時,色彩開始改變。雖然被視為理論性,但顯然原因在 於於此溫度氫變成移動性。發現當多晶CVD鑽石於1700οΚ (14 0 0 °c )退火時’於晶粒邊界内部或晶粒間材料中之若干氫 5 變成移動性。參考D.F. Talbot-Ponsonby,M.E. Newton, J.M. Baker, G.A. Scarsbrook,R_S. Sussmann及A.J. Whitehead. Phys_ Rev. B 57, 2302-2309 (1998)。如此,於FTIR光譜, a-C:H減低’氫於{100}及{111}形成C-H鍵。第一原理模型 研究顯示氫可鈍化{111}空位圓盤之光學活性。參考L.S. 10 Hounsome等人「鑽石中之褐色原點」,物理综論b 73, 125203 (2006)。270奈米及370奈米吸收減少,而550奈米吸 收增加或維持不變,結果導致帶有桃紅色之褐色、橙褐色 或紫色。可觀察得550奈米吸收帶與575奈米及637奈米NV 中心發射帶間之鏡像對映的對稱關係。如此顯然證實550奈 15 米吸收係由NV中心所引起。如此,CVD鑽石之桃紅色色調 係源自於NV中心,NV中心為安定。 於高於1700°C溫度觀察得色澤之提升為最佳,此處褐 色轉成桃紅色、無色或近無色或帶有桃紅色/綠色。一項可 能理由為於更多氫原子被激發活動化之溫度,空位較為容 20 易被氫所捕捉而非由氮所捕捉’且同時也因於此溫度N也被 激發活動來形成聚積體H3,故安定之NV中心被退火形成。 另一項可能變化為氫的喪失。觀察得即使於較高溫退火 (1800-2200°C)後’ C-H伸縮振動吸收之強度減低。可能指示 CH鍵結的斷裂。 15 200923146 有三項因素係與CVD鑽石之褐色有交互關係:氮、空 位及氫。所成長之CVD鑽石中之褐色強度係取決於氣體中 之氮濃度。於所成長之CVD鑽石中之[N-V]0 (575奈米及 [N-V]· (637奈米)中心之原先強度增高之同時,褐色也加 5深。當證實退火至近無色或無色時,NV中心減少或消失。 於高溫低壓,褐色CVD鑽石中之a-C:H峰被退火至多個良好 解析的C-H伸縮帶,氫感應之電子過渡吸收減少。a-C:H峰 及氫感應電子過渡吸收於無色的如所成長之CVD鑽石中.為 極低或不存在。 10 比較CVD鑽石之高壓高溫退火,高溫低壓方法之成本 遠較廉價。也有彈性在於其係與試樣之尺寸有關,原因在 於高壓高溫處理期間薄片將裂開,超過10厘米立方之大担 試樣無法嵌入高壓高溫壓機内部。除了色彩提升之外’高 溫低壓退火方法可製造含低及高氮雜質之鑽石。此種鑽石 15之可能用途係用於量子計算機。桃色鑽石相信為量子計算 機最有展望之基材。NV·自旋提供實際qubit所需之自旋,且 於量子運算方面已經經過廣泛研究。基於吸光及發光,獲 得結論為CVD鑽石之桃紅色係源自於N-V中心。由高溫低 壓退火所製造之桃紅色CVD鑽石比較如所成長之cvd鑽石 20含有增高的NV中心強度,而高壓高溫方法將此種中心退火 去除。如此可透過高溫低壓退火方法控制心強度。因 此高溫低壓退火桃紅色CVD鑽石應屬未來量子計算機之有 展望的材料。 可未恃離本發明之精髓或主要特性,以多種不同形式 16 200923146 具體實施本發明。也須瞭解除非另行規定,否則前述實施 例並未限於前文說明之任何細節,反而須如隨附之申請專 利範圍界定於其精髓及範圍内作廣義解議,因此落入隨附 之申請專利範圍之要義及範圍内之全部變化及修改,以及 5 此等要義及範圍之相當範圍皆意圖涵蓋於隨附之申請專利 範圍。 【圖式簡單說明3 第1圖提供單晶CVD鑽石之成長速率相對於色澤之線 圖,其中若干鑽石係透過所揭示之低壓高溫方法退火來改 10 良光學品質。 第2圖提供於低壓退火處理之前及之後之CVD鑽石之 相片。 第3圖提供退火前及退火後鑽石之UV-VIS吸收光譜。 第4圖顯示於退火前或退火後褐鑽之光激發發光光譜。 15 第5a圖及第5b圖顯示於退火前及退火後鑽石之紅外線 吸收光譜。 【主要元件符號說明】 (無) 17
Claims (1)
- 200923146 七、申請專利範圍: ^ —種改良鑽石之光學性質之方法,包含: (i)將鑽石溫度由約1_t升高至約删U ⑴)控制鑽石壓力至镨石^ ^〜 壓或以下,力至鑽石女定範圍以外之約5大氣 其中該壓力係控制於還原性大氣,以及 其中該鑽石係固定於與相鄰於鑽石邊緣 側面作熱接觸之-散熱座。 頌石 2·如申請專利範圍第1項 25〇n〇r ^ 法,進—步包含以具有高於 c炼點之粉末圍繞於散熱座中之鑽石。 ^如申請專利範圍第2項之方法,其中該粉末包含石墨。 .如申凊專利範圍第!項之方法,其中_石為 沉積(CVD)鑽石。 子 其中該CVD鑽石為單晶 其中該鑽石溫度係由約 5·如申請專利範圍第4項之方法 CVD鑽石。 6. 如申請專利範圍第1項之方法 1400 °c 升高至約2200。(:。 7. 如申請專利範圍第!項之方法,其中該壓力係維持於約】 托耳至約760托耳。 8. 如申請專利範圍第旧之方法,其中該鑽石溫度係使用 仔自於下列所組成之組群中之—來源升高:微波、熱 絲 '火爐、火炬及烤箱來源。 9·如申請專利範圍第8項之方法,其中該鑽石溫度係使用 微波來源升高。 18 200923146 10.如申請專利範圍第5項之方法,其中該CVD鑽石為於另 一種材料上之單晶塗覆層。 11_如申請專利範圍第5項之方法,其中該單晶CVD鑽石初 始具有褐色而變成無色。 12. 如申請專利範圍第2項之方法,其中該散熱座係由鉬所 組成。 13. —種製造具有期望之光學品質之化學氣相沉積CVD鑽 石之方法,包含: i) 控制鑽石生長面之溫度,使得鑽石晶體之生長溫 度係於900-1400°C之範圍,以及鑽石係架設於具有高熔 點及高導熱率之材料所製成之散熱座固定架來減少跨 鑽石之成長表面之溫度梯度; ii) 於具有大氣壓大於150托耳之沉積室内藉微波電 漿化學氣相沉積成長鑽石於鑽石之成長面上,其中該大 氣包含每單位氫由約8%至超過約30%甲烷,及包含每單 位曱烷由約低於2%至超過約1000%氮; iii) 由該沉積室内移除已成長的CVD鑽石,此時仍 然置於散熱座固定架内;以及 iv) 於還原大氣下,於鑽石安定範圍以外由約1托耳 至約760托耳之壓力下,將CVD鑽石溫度由約1400°C升 高至約2200°C歷經由約5秒至3小時時間。 14. 如申請專利範圍第13項之方法,進一步包含於步驟iv.) 於CVD鑽石溫度由約1400°C升高至約2200°C前,以具有 熔點高於2500°C之粉末圍繞於散熱座中之鑽石。 19 200923146 15. —種製造具有期望之光學品質之單晶化學氣相沉積 (CVD)鑽石之方法,包含: i) 控制鑽石生長面之溫度,使得鑽石晶體之生長溫 度係於900-1400°C之範圍,以及鑽石係架設於具有高熔 點及高導熱率之材料所製成之散熱座固定架來減少跨 鑽石之成長表面之溫度梯度; ii) 於具有大氣壓大於150托耳之沉積室内藉微波電 漿化學氣相沉積成長單晶鑽石於鑽石之成長面上,其中 該大氣包含每單位氫由約8%至超過約30%曱烷,及包含 每單位甲烷由約低於2%至超過約1000%氮; iii) 由該沉積室中移出已成長之單晶鑽石; iv) 透過如申請專利範圍第6項之方法改良鑽石之光 學品質。 16. —種製造化學氣相沉積(CVD)鑽石之方法,包含: i) 成長CVD鑽石 ii) 於還原大氣下於該鑽石安定範圍以外由約1托耳 至約760托耳之壓力,歷經由約5秒至約3小時之時間週期 將該CVD鑽石之溫度由約1400°C升高至約2200°C。 17. —種透過如申請專利範圍第15項之方法所製造之單晶 CVD鑽石。 18. —種透過如申請專利範圍第16項之方法所製造之CVD 鑽石。 19. 一種透過如申請專利範圍第15項之方法所製造具有F或 以下之色澤之單晶CVD鑽石。 20 200923146 2〇· 一種透過如申請專利範圍第15項之方法所製造之單晶 鑽石,其中,由於步驟iv)結果,N_v中心將增加、減少 或消失’或者光激發光光譜將由強力H3中心所主控。 21. —種透過如申請專利範圍第16項所製造之單晶鑽石,其 中’由於步驟ii)之結果,Ν-V中心將增加或減少或消失 或將於光激發光光譜中由強力H3中心所主控。 22. —種透過如申請專利範圍第15項之方法所製造之單晶 鑽石,其中該鑽石具有於約3124、7375、7220、6856及 6429厘米-1之紅外線吸收度波峰。 23. —種透過如申請專利範圍第16項之方法所製造之單晶 鑽石,其中該鑽石具有於約3124、7375、7220、6856及 6429厘米μ之紅外線吸收度波峰。21
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