СПОСОБ СИНТЕЗА МАТЕРИАЛА, В ЧАСТНОСТИ АЛМАЗА, ПОСРЕДСТВОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА

2
4
2
2
1. Способ синтеза материала, в частности алмаза, посредством химического осаждения из паровой фазы (CVD), согласно которому в вакуумной камере создают плазму вблизи от субстрата, выполненного с возможностью размещения на нем синтезируемого материала, и согласно которому в камеру вводят Н и вещество-носитель углерода, в частности СН или СН, для получения в камере газа, содержащего вещества-носители атомов реактивного углерода в виде радикалов или молекул с незаполненным электронными оболочками, из которых затем синтезируется указанный материал, отличающийся тем, что электромагнитные спектры поглощения и неупругого рассеяния для синтезируемого материала используют для отбора в этих спектрах частот поглощения, способствующих протеканию реакций, приводящих к образованию синтезируемого материала, а также тем, что в ходе способа генерируют энергетические лучи в виде фотонных пучков с энергией, определяемой указанными частотами поглощения и неупругого рассеяния, причем указанные фотонные пучки инжектируют в плазму, где происходит поглощение этих фотонов, имеющих энергию, соответствующую энергетическим состояниям твердого материала, веществами-носителями указанных атомов реактивного углерода.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного вещества-носителя углерода используют газ-носитель углерода.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве энергетических лучей, связывающих энергетические состояния радикалов или молекул с незаполненными электронными оболочками и энергетическими состояниями фононов синтезируемого материала, используют инфракрасные лучи.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве энергетических лучей используют рентгеновские лучи, УФ лучи и видимые лучи.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтезируемый материал имеет кристаллографическую ячейку, задающую набор плоскостей, например октаэдр, или, в случае алмаза, додекаэдр, и характеризующуюся двумя наборами ориентационных векторов, первый из которых задает нормали к главным плоскостям кристаллической решетки, где возможные плоскости для указанного материала определяются повышенной плотностью его атомов, а второй состоит из волновых векторов, задающих направления, разрешенные для распространения фононов в зависимости от кристаллографической структуры указанного материала, при этом указанный фотонный пучок направляют и инжектируют в направлениях, соответствующих указанным двум наборами ориентационных векторов.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в плазму инжектируют пучок лучей УФ-С.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутую плазму получают, создавая в вакуумной камере электрическое поле, при этом указанное электрическое поле создают при помощи первого и второго электрических потенциалов, где первый электрический потенциал создают в первой зоне, смещенной вверх относительно субстрата, а второй электрический потенциал создают в зоне, находящейся в непосредственной близости от субстрата, при этом первая и вторая зоны соседствуют между собой, и при этом первый и второй потенциалы имеют градиент, направленный в сторону подложки, где крутизна первого потенциала больше, чем крутизна второго потенциала.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что второй потенциал создают при помощи генератора, установленного вблизи от субстрата.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что первый потенциал создают при помощи сетки и нити накаливания, установленных над субстратом.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что субстрат поддерживают при заданной температуре во время осаждения синтезируемого материала.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение осуществляют из паровой фазы с использованием горячей нити накаливания.
2
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что, когда слой синтезируемого материала имеет толщину по крайней мере 1 мкм, материал легируют путем инжекции в камеру газа-носителя бора в количестве от 0,01 до 200 частей на миллион по отношению к Н, а также тем, что в плазму инжектируют второй фотонный пучок, имеющий частоту, соответствующую электрон-фононному, с тем чтобы получить материал со свойствами сверхпроводимости.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что второй фотонный пучок делят на первый фрагмент пучка, инжектируемый в направлении LO (Г→L и Г→ξ), и на второй фрагмент, инжектируемый в направлении ξ, согласно набору ориентационных векторов L, W, Σ, ξ, со смещением на 4 мэВ относительно значения нелегированного алмаза.
2
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что, когда слой синтезируемого материала имеет толщину по крайней мере 1 мкм, материал легируют посредством инжекции в камеру газа-носителя бора в количестве от 0,01 до 200 частей на миллион по отношению к Н, а также тем, что в плазму инжектируют третий фотонный пучок, имеющий частоту, соответствующую электрон-фононному взаимодействию, с тем чтобы получить материал с полупроводниковыми свойствами.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что третий фотонный пучок делят на первый фрагмент пучка, инжектируемый в направлении L, и на второй фрагмент, инжектируемый в направлении ξ, согласно набору ориентационных векторов L, W, Σ, ξ.
4
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что, когда слой синтезируемого материала имеет толщину по крайней мере 1 мкм, материал легируют посредством инжекции в камеру газа-носителя азота при соотношении количества азота и количества СН от 0,1 до 1, а также тем, что в плазму инжектируют четвертый фотонный пучок, имеющий частоту, соответствующую электрон-фононному взаимодействию, с тем чтобы получить полупроводниковые свойства типа n.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что в плазму в соответствии с набором ориентационных векторов инжектируют четвертый фотонный пучок, соответствующий фононной частоте, связанной с присутствием азота для центра типа С, и/или три фотонных пучка, соответствующие фононной частоте, связанной с присутствием азота для агрегата типа А, и/или четыре фотонных пучка, соответствующие фононной частоте, связанной с присутствием азота для агрегата типа В.
18. Способ формирования полупроводника типа Si-Ge посредством химического осаждения из паровой фазы, отличающийся тем, что осаждение осуществляют в камере, и тем, что способ включает:
- химическое осаждение кремния из паровой фазы на субстрат при температуре от 500°С до 600°С в присутствии водорода в камере, в которой поддерживается давление от 0,01 до 1000 мбар, при этом указанное осаждение осуществляют посредством инжекции в камеру фотонного пучка, соответствующего частоте фонона, ассоциированного со связью Si-Si, до тех пор, пока осажденный слой кремния не будет иметь толщину по крайней мере 3 нм;
- стабилизацию температуры субстрата при первой температуре, лежащей в диапазоне от 400°С до 550°С;
- химическое осаждение германия из паровой фазы на слой Si при температуре, лежащей в диапазоне от 400°С до 550°С, до получения слоя Ge заданной толщины с инжекцией в камеру сначала фотонного пучка, соответствующего частоте фонона, ассоциированного со связью Si-Ge, а затем другого фотонного пучка, соответствующего частоте фонона, ассоциированного со связью Ge-Ge;
- увеличение температуры химического осаждения из паровой фазы до значения, лежащего в диапазоне от 750°С до 850°С, в присутствии водорода;
- поддержание инжекции фотонного пучка, соответствующего частоте фонона, ассоциированного со связью Ge-Ge, до получения слоя заданной толщины.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что фотонный пучок инжектируют в соответствии с набором ориентационных векторов кремния.
2
4
2
2
2
20. Устройство для синтеза материала, в частности алмаза, посредством химического осаждения из паровой фазы (CVD), где синтезируемый материал характеризуется кристаллографией с набором возможных плоскостей, имеющей набор ориентационных векторов, задающих нормали к плоскостям указанного материала, при этом устройство содержит субстрат, выполненный с возможностью размещения на нем синтезируемого твердого материала, и вакуумную камеру, содержащую генератор плазмы, выполненный с возможностью генерации плазмы в камере вблизи субстрата, при этом камера содержит вход, выполненный с возможностью введения в камеру Н и вещества-носителя углерода, в частности газа-носителя углерода, в частности СН или СН, при этом камера выполнена с возможностью получения в ней из вещества-носителя углерода и Н газа, содержащего радикалы или молекулы с незаполненными электронными оболочками, из которого синтезируется указанный материал, отличающееся тем, что это устройство содержит генератор фотонных пучков, установленный на камере и выполненный с возможностью генерации энергетических лучей, в частности инфракрасных лучей и/или рентгеновских лучей, УФ лучей и видимых лучей, в виде фотонных пучков с энергиями, определяемыми частотами поглощения, отобранными в электромагнитном спектре поглощения и неупругого рассеяния для синтезируемого твердого материала, где такие пучки стимулирует прохождение реакции, приводящей к образованию синтезируемого твердого материала, при этом указанный генератор фотонных пучков установлен на камере таким образом, что генерируемый пучок можно инжектировать в камеру под углом, соответствующим одновременно указанным ориентационным векторам твердого материала и волновому вектору зоны Бриллюэна, связанному с энергией фононной моды, включая моду в центре зоны, определяющей энергию фотонного пучка, и при этом указанный генератор фотонного пучка установлен на камере с возможностью инжекции фотонного пучка в плазму, где эти фотоны с энергией, соответствующей фононным состояниям твердого материала, поглощаются указанным веществом-носителем атомов реактивного углерода.
21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что оно содержит второй генератор, выполненный с возможностью генерирования пучка лучей УФ-С, где указанный генератор установлен на камере таким образом, чтобы обеспечить возможность инжекции лучей УФ-С в плазму, генерируемую указанным генератором плазмы.
22. Устройство по любому из пп.20 и 21, отличающееся тем, что оно содержит систему фокусировки плазмы, установленную вблизи от субстрата.
23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что система фокусировки плазмы выполнена в виде кольца.
24. Устройство по п.22, отличающееся тем, что система фокусировки плазмы выполнена в виде провода, выполненного в виде последовательности извилистых элементов вокруг субстрата.
25. Способ по п.2, отличающийся тем, что
в качестве энергетических лучей, связывающих энергетические состояния радикалов или молекул с незаполненными электронными оболочками и энергетическими состояниями фононов синтезируемого материала, используют инфракрасные лучи, рентгеновские лучи, УФ лучи или видимые лучи;
а синтезируемый материал имеет кристаллографическую ячейку, задающую набор плоскостей, предпочтительно октаэдр, или, в случае алмаза, додекаэдр, и характеризующуюся двумя наборами ориентационных векторов, первый из которых задает нормали к главным плоскостям кристаллической решетки, где возможные плоскости для указанного материала определяются повышенной плотностью его атомов, а второй состоит из волновых векторов, задающих направления, разрешенные для распространения фононов в зависимости от кристаллографической структуры указанного материала, при этом указанный фотонный пучок направляют и инжектируют в направлениях, соответствующих указанным двум наборами ориентационных векторов.