生长较大金刚石的方法技术

一种方法形成一个或多个金刚石。该方法提供了具有气体环境的生长室。将单晶金刚石基板置于生长室内。在单晶金刚石基板上沉积金刚石材料以用于外延生长。单晶金刚石基板具有给定的晶体取向。在规定温度、规定压力以及对于所述气体环境规定的气体含量下持续生长。规定的气体环境具有大于约0.5ppm且小于约5.0ppm的氮浓度。规定温度大于约650℃且小于约950℃。规定压力大于约130托且小于约175托。规定压力大于约130托且小于约175托。规定压力大于约130托且小于约175托。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生长较大金刚石的方法
[0001]优先权
[0002]本专利申请要求于2020年1月20日提交的标题为“METHOD OF GROWING LARGER DIAMONDS”的美国临时专利申请62/963,231号的优先权，专利技术人为John Ciraldo和Jonathan Levine
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Miles，其公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本专利技术的示例性实施方式总体涉及生长晶体，更具体地，示例性实施方式涉及使用化学气相沉积过程生长大金刚石。

技术介绍

[0004]金刚石广泛用于各种应用中。例如，它们可用于生产集成电路，或用作激光系统的透镜。它们也可以简单地用作宝石。然而，制造金刚石可能产生许多技术挑战。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的一个实施方式，一种方法形成一个或多个金刚石。该方法提供了具有气体环境的生长室。将单晶金刚石基板置于生长室内。在单晶金刚石基板上沉积金刚石材料以用于外延生长。单晶金刚石基板具有给定的晶体取向。在规定温度、规定压力以及对于所述气体环境规定的气体含量下持续生长。规定的气体环境具有大于约0.5ppm且小于约5.0ppm的氮浓度。规定温度大于约650℃且小于约950℃。规定压力大于约130托且小于约175托。
[0006]其中，沉积包括使用等离子体辅助的化学气相沉积技术。在一些实施方式中，气体环境不含氧。然而，在一些实施方式中，气体环境可以包含氧、氩、甲烷和氢中的一种或多种。在一些实施方式中，当持续生长时，规定温度和/或规定压力变化。
[0007]使用上述方法，可以形成的金刚石具有大于约15毫米的最大尺寸。此外，可以同时生产多个金刚石。可以在金刚石表面上进行外延生长。金刚石生长表面可以具有(100)晶向，其中错切(miscut)/错取向(misorientation)在约
±
5度的范围内。
[0008]根据又一个实施方式，一种方法生长一个或多个金刚石。该方法在生长室中提供晶种。晶种具有错切为约+或
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5度的(100)晶体取向。在第一时间段内将生长室中的气体浓度设定为约1.5ppm至约5.0ppm。生长室中的温度设定为约650℃至1100℃。生长室中的压力设定为约135托至175托。
[0009]第一时间段可以为约1小时至48小时之间。可以在第一时间段之后的第二时间段内将生长室中的气体浓度设定为约0.5ppm至约1.5ppm。第二时间段可以为约350小时至约750小时。可以沉积金刚石层以形成约3.5克拉至约9克拉的成块金刚石(bulk diamond)。
[0010]在一些实施方式中，在晶种上外延生长金刚石层。金刚石层可以异质外延或同质外延生长。晶种可以是金刚石晶种。成块金刚石可以连续形成。例如，可以不停止生长以去除不希望的多晶材料。在一些实施方式中，可以沉积层以形成约10克拉至约20克拉的成块
金刚石。
[0011]此外，在第一金刚石层上可以直接或间接地生长第二金刚石层。第二金刚石层优选具有比第一金刚石层更大的直径、宽度和/或长度。因此，金刚石层可以向外生长。
[0012]根据又一个实施方式，一种方法连续生长一个或多个金刚石。该方法提供了具有气体环境的生长室。将单晶基板置于生长室内。在单晶基板上沉积金刚石材料以用于外延生长。在规定温度、规定压力以及对于所述气体环境规定的气体含量下持续生长。规定的气体环境可具有大于0％但小于约0.0005％的氮浓度。规定温度可以大于约750℃且小于约1150℃。
[0013]在一些实施方式中，金刚石层可以生长350至750小时以生产约3.5克拉至约20克拉的成块金刚石。每个连续生长的金刚石层的最大尺寸可以大于在其上生长金刚石层的前一金刚石层的最大尺寸。此外，在各种实施方式中，金刚石层可以在不停止生长过程的情况下生长以去除多晶材料。在一些实施方式中，规定压力可以大于约100托且小于约200托。
[0014]各种实施方式可以涉及一种系统(例如包括生长室)，该系统构造成根据本文所述的各种方法中的一种或多种来生长金刚石。另外地或可选地，各种实施方式可以涉及使用本文的各种方法中的一种或多种生长的金刚石。例如，示例性实施方式可以包括连续生长(例如未经处理以去除多晶材料)的约3.5克拉至约20克拉的金刚石。
附图说明
[0015]本领域的技术人员将从下面参考附图讨论的“具体实施方式”中更充分地理解本专利技术的各种实施方式的优点。
[0016]图1A示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施方式使用化学气相沉积生长的成块金刚石。
[0017]图1B示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施方式使用化学气相沉积生长的较大成块金刚石。
[0018]图2示出了根据本专利技术的示例性实施方式生长成块金刚石的方法。
[0019]图3示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施方式的其上设置有晶种以用于晶体生长的平台的俯视图。
[0020]图4示出了根据本专利技术的示例性实施方式生长的金刚石的侧视图。
[0021]图5是根据本专利技术的示例性实施方式生长的金刚石的侧视图。
具体实施方式
[0022]在示例性实施方式中，使用提高生长速率的方法生长大金刚石。通过在生长室内提供有利的生长条件，该方法有利地减少了否则可能生长的不希望的多晶碳的生长。特别地，本专利技术人发现，可以设定室内晶种的气体化学性质、温度、压力和晶体取向中的一种或多种以减少多晶材料的生长。下面讨论示例性实施方式的细节。
[0023]图1A示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施方式使用化学气相沉积生长的成块金刚石10。如本领域技术人员已知的，金刚石10在单晶晶种12(例如单晶金刚石晶种12)上外延生长。最后，可以由成块金刚石10切割出经切割的金刚石14。然而，如图1A所示，经切割的金刚石14的尺寸受限于成块金刚石10的尺寸。此外，如本领域技术人员已知的，在外延
生长期间，多晶材料16开始在金刚石10的周边上(并且有时在金刚石10的生长表面18上)形成。当多晶材料16开始在生长表面18的周边上生长时，成块金刚石10的每个后续层的直径/宽度变得越来越小，因为单晶金刚石10不能在多晶材料16上生长。
[0024]图1B示意性地示出了根据本专利技术的示例性实施方式使用化学气相沉积生长的较大成块金刚石10。有利地，多晶材料16(例如多晶碳)的生长受阻或被避免。因此，生长表面18不受多晶材料16的阻碍。实际上，成块金刚石10不仅能够垂直生长，而且能够向外生长金刚石10。这导致相当大的成块金刚石10，并最终导致经切割的金刚石14。
[0025]图2示出了根据本专利技术的示例性实施方式生长图1B所示的成块金刚石10的方法。应当注意，该过程是生长金刚石10的更复杂过程的简化形式。这样，实际过程可以具有未讨论的附加步骤。此外，一些步骤可以以不同的顺序或彼此并行地执行。此外，在各种实施方式中，一个或多个步骤可以是可选的。因此，对该过程的讨论是说明性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成一个或多个金刚石的方法，所述方法包括：提供具有气体环境的生长室；将单晶金刚石基板置于所述生长室内；在所述单晶金刚石基板上沉积金刚石材料以用于外延生长，所述单晶金刚石基板具有给定的晶体取向；在规定温度、规定压力以及对于所述气体环境规定的气体含量下持续生长，规定的气体环境具有大于约0.5ppm且小于约5.0ppm的氮浓度，所述规定温度大于约650℃且小于约950℃，所述规定压力大于约130托且小于约175托。2.如权利要求1所述的方法，其中沉积包括使用等离子体辅助的化学气相沉积技术。3.如权利要求1所述的方法，其中所述气体环境不含氧。4.如权利要求1所述的方法，其中所述气体环境包含氧、氩、甲烷和氢中的一种或多种。5.如权利要求1所述的方法，其中由沉积所述金刚石材料而形成的金刚石具有大于约15毫米的最大尺寸。6.如权利要求1所述的方法，其还包括同时生产多个金刚石。7.如权利要求1所述的方法，其中在金刚石表面上进行生长。8.如权利要求1所述的方法，其中当持续生长时，所述规定温度变化。9.如权利要求1所述的方法，其中当持续生长时，所述规定压力变化。10.如权利要求1所述的方法，其中所述金刚石的生长表面具有(100)取向，其中错切/错取向在约
±
5度的范围内。11.一种生长一个或多个金刚石的方法，所述方法包括：在生长室中提供晶种，所述晶种具有错切为约+或
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5度的(100)晶体取向；在第一时间段内将所述生长室中的气体浓度设定为约1.5ppm至约5.0ppm；将所述生长室中的温度设定为约650℃至1100℃；将所述生长室中的压力设定为约135托至175托。12.如权利要求11所述的方法，还包括在所述晶种上外延生长金刚石层。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：M七D公司，
类型：发明
国别省市：