单晶金刚石材料制造技术

制备生长的单晶金刚石基材的方法，该方法包括：（a）提供呈现出（001）主表面的第一金刚石基材，该主表面受至少一个边缘约束，所述至少一个边缘的长度以至少1.3:1的比值超过与所述至少一个边缘正交的表面的任何尺寸；和（b）在化学气相沉积（CVD）合成条件下在金刚石材料表面的（001）主表面上同质外延生长金刚石材料，金刚石材料垂直于主（001）表面生长，并且由此横向生长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶金刚石材料本专利技术涉及通过化学气相沉积(CVD)生长单晶金刚石材料的方法，并且涉及生长的CVD金刚石材料本身。金刚石材料提供了一些独特的性质，包括光学透射、导热性、刚性、耐磨性及其电子性质。虽然金刚石材料的许多机械性质可以在多于一种类型的金刚石材料中实现，但是其它性质对于所使用的金刚石材料类型是非常敏感的。对于一些应用，例如对于最佳的电子性质，通过CVD生长的单晶金刚石材料可以是优选的，因为考虑到其可胜过通过CVD生长的多晶金刚石材料、通过已知的高压-高温(HPHT)技术制备的金刚石材料和天然金刚石。通过CVD方法生长单晶金刚石材料通常涉及将金刚石材料同质外延生长到已有的金刚石板材上。该方法被称为“CVD同质外延合成”，并且在现有技术中是公知的。它通常涉及将不同数量的气体(包括碳源)供给到腔室中，并且激发这些气体，以及提供条件使得在已有的金刚石板材上方产生碳的等离子体，碳原子从等离子体沉积到该金刚石板材上从而形成金刚石材料。通常，有待充当在其上生长CVD金刚石材料的基底基材的已有金刚·石板材是天然金刚石材料或者切割自天然金刚石材料，或者其为制造的HPHT金刚石板材或切割自制造的HPHT金刚石板材。通常将该已有的金刚石板材放置在CVD生长腔室中的通常由钥、钨、硅或碳化硅形成的基材载体上。金刚石基底基材通常包含第一主面，该第一主面呈现给生长工艺并且生长在其上发生。术语“面”意指平坦或基本上平坦的表面。将在其上发生生长的面称为基底基材的“生长面”。尽管并非必要，但基底基材通常为板材，其包含基本上平行于第一主面并且通过作为板材厚度的垂直距离与第一主面分隔的第二主面，所述的板材厚度通常小于或显著小于主面的横向尺寸。为了向该生长工艺呈现第一主面，第二主面提供了固定基底基材的便利方式。主面是这样的面与任何其它面中任意两个正交尺寸Bpb1 U1 Sb1)相比，可发现位于该面中的两个正交尺寸a、b (a彡b)满足(a Sa1)和(b Sb1)的要求。在本说明书中，当两个尺寸中的较小者在较大者的5%以内时，认为这两个尺寸近似相等。天然存在的金刚石基底基材和HPHT金刚石基底基材的生长面可具有任何形状。当我们谈论金刚石基底基材生长面的形状时，我们意指由外围表面形成的面的两个尺寸轮廓，所述外围表面由其它表面与生长表面相交形成。HPHT金刚石基底基材的形状可为例如具有四个〈100〉边缘的矩形。本文中所使用的术语“矩形”包括正方形。作为替代，HPHT金刚石基底基材可为例如具有由四个〈110〉侧边分隔的四个〈100〉边缘的八边形，所述四个<110>侧边可与〈100〉边缘为相同或不同的长度。有时候，天然存在的金刚石或HPHT金刚石基底基材的角或边缘可受到损坏或缺失。通常适合用作CVD基材的天然存在的金刚石或HPHT金刚石基底基材呈现用于生长的主面，其每个尺寸均为几个mm，例如具有l_8mm的最短和最长尺寸。在已知的CVD方法中，基底基材的生长面可为各种不同的晶体学取向。用于生长高品质CVD金刚石材料的最常用取向通常为由米勒指数(001)定义的平面。在本说明书中，将使用米勒指数{hkl}，其定义了基于x、y和z轴的平面，且假设z方向为垂直于基底基材的生长面或在基底基材生长面的法线的15°内或10°内或6°或3°内，并且平行于生长方向。X和y轴则在基底基材生长面的平面内，并且通常对称等效。在同质外延的单晶生长期间，由任何特定晶体学取向的表面上的生长而形成的材料通常被称为该表面的“生长扇区”。例如，由(001)表面上的生长而形成的材料被称为(001)生长扇区。在CVD金刚石材料工艺期间，存在由主生长表面(通常为(001)表面)的同质外延单晶生长。该生长不仅垂直于基底基材的生长表面发生并且还可由此横向延伸。因此，当生长过程发生时，相对于基底金刚石基材而言存在CVD生长金刚石层的增厚以及生长的金刚石层的横向延伸。该横向生长可以是与主生长表面相同的生长扇区(通常情况下为(001)生长扇区)，其随后在横向区域上相对于基底基材生长表面的生长扇区而扩大。作为替代，横向生长可为其它的生长扇区，例如{113 }。横向生长是否与主生长表面为相同的生长扇区或不同的生长扇区取决于生长条件。除了从主生长表面的同质外延单晶生长之外，还存在由基底基材侧表面的同质外延单晶生长。因而，对于生长表面为(001)表面的典型情况，生长不仅发生在(001)面上而且还发生在侧表面上，在正方形或矩形表面的情况下所述侧表面可以例如为{100}表面。生长中的金刚石单晶通常连续穿过由不同生长小面形成的生长区域之间的生长扇区边界。US6096129描述了在基材表面上生长金刚石材料的方法,这样的方法使得生长的金刚石材料具有比起始基材更大的面积。该文献描述了如下内容提供初始的单晶金刚石基底材料，向其上同质外延气相沉积单晶金刚石材料以提供合成的金刚石材料，将合成的金刚石材料切割和抛光以提供连续的基底材料，在其上再次生长单晶材料，从而形成具有大面积的单晶金刚石材料。如在US6096129的图4A-4C中最佳例示的，初始的基底材料基本上为具有{100}侧表面的正方形，生长主要发生在上{001}表面上，该生长在横向以及垂直于该上{001}表面发生,使得与初始基底材料相比,该生长的表面具有扩大的横向尺寸。从生长的金刚石材料切割的连续基底材料的横截面为正方形。该正方形的侧边相对于初始基底材料的侧边旋转45°，并且其具有〈110〉边缘。连续的基底材料的正方形横截面的面积小于初始基底材料的正方形横截面区域的面积，这是由生长的金刚石材料中{111}面的侵占(encroachment)所致。随后将该连续的基底材料用于进一步的生长,该进一步的生长源自〈110〉边缘。据称优选的生长速率比α (由+的比值所定义)为至少3 I。W02004/027123 (Element Six Ltd)描述了由生长在基材上的CVD金刚石材料生产单晶金刚石材料板材的替代方法，所述生长的板材可比起始基材更大。该方法包括将同质外延CVD生长的金刚石材料与其生长用的基材分离，这是在金刚石材料发生生长的基材表面的横向上进行产生单晶CVD金刚石材料的板材。本专利技术的第一方面提供了一种生长单晶金刚石材料的方法，该方法包括(a)提供呈现出(001)主表面的第一金刚石基材，所述主表面受至少一个〈100〉边缘约束，所述至少一个〈100〉边缘的长度以至少1.3:1的比值超过与所述至少一个〈100〉边缘正交的表面的任何尺寸；和(b)在化学气相沉积(CVD)合成条件下在金刚石材料表面的(001)主面上同质外延生长金刚石材料,金刚石材料垂直于主(001)表面生长并且由此横向生长。根据本专利技术的方法，第一金刚石基材提供了呈现出用于生长的主面(生长表面)的基底基材。该生长表面为(OOl)表面,其具有至少一个形成该生长表面的部分外围的边缘，该边缘基本上是直线型的并且沿着〈100〉方向取向，并且该边缘的长度超出位于生长表面内的任何其它垂直尺寸(因此也为〈100〉方向)，超出的比例超过I. 3:1，或者写作I. 3。当我们提及至少一个〈100〉边缘超出“任何”其它垂直尺寸时，我们是指垂直于所述至少一个边缘的“每一个”其它尺寸。因而〈100〉方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·特威切恩，H·K·迪隆，G·A·斯卡斯布鲁克，
申请(专利权)人：六号元素有限公司，
类型：
国别省市：