МИКРОВОЛНОВЫЕ ПЛАЗМЕННЫЕ РЕАКТОРЫ И ПОДЛОЖКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛМАЗА

1. Способ производства синтетического алмазного материала с помощью химического осаждения из газовой фазы, причем способ содержит:
предоставление микроволнового плазменного реактора, содержащего:
микроволновый генератор, сконфигурированный для генерации микроволн на частоте f;
плазменную камеру, содержащую основание, верхнюю пластину и боковую стенку, простирающуюся от упомянутого основания до упомянутой верхней пластины, задавая объемный резонатор, для поддержания микроволновой резонансной моды между основанием и верхней пластиной;
конфигурацию микроволновой связи для подачи микроволн от микроволнового генератора в плазменную камеру;
систему газового потока для подачи технологических газов в плазменную камеру и удаления их оттуда;
держатель подложки, расположенный в плазменной камере и содержащий поддерживающую поверхность для поддержания подложки;
расположение подложки поверх поддерживающей поверхности держателя подложки, причем подложка имеет поверхность роста, на которую осаждается синтетический алмазный материал,
подачу технологических газов в плазменную камеру, и
подачу микроволн в плазменную камеру для формирования плазмы поверх поверхности роста подложки и выращивание синтетического алмазного материала на поверхности роста подложки,
причем размеры и местоположение подложки в пределах объемного резонатора выбираются для создания профиля локализованного осесимметричного электрического поля Ez поперек поверхности роста при ее использовании, причем профиль локализованного осесимметричного электрического поля Ez содержит по существу плоский центральный участок, опоясанный кольцом большего электрического поля, при этом по существу плоский центральный участок простирается, по меньшей мере, по 60% площади поверхности роста подложки и имеет вариацию электрического поля Ez не больше, чем ±10% напряженности центрального электрического поля Ez, и кольцо большего электрического поля располагается вокруг центрального участка и имеет максимальную напряженность электрического поля Ez в пределах от 10% до 50% выше, чем напряженность центрального электрического поля Ez.
2. Способ по п.1, в котором по существу плоский центральный участок профиля локализованного осесимметричного электрического поля Ez имеет вариацию электрического поля не больше чем ±8%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% или 1% от напряженности центрального электрического поля Ez.
3. Способ по п.1 или 2, в котором кольцо большего электрического поля имеет максимальную напряженность электрического поля Ez в пределах от 10% до 40%, от 15% до 30% или от 15% до 25% выше, чем напряженность центрального электрического поля Ez.
4. Способ по п.1, в котором профиль локализованного осесимметричного электрического поля Ez рассчитывается выше поверхности роста подложки на высоте:
4 мм, 6 мм или 8 мм для микроволновой частоты f в диапазоне от 400 МГц до 500 МГц;
2 мм, 3 мм или 4 мм для микроволновой частоты f в диапазоне от 800 МГц до 1000 МГц; или
0,7 мм, 1,0 мм или 1,5 мм для микроволновой частоты f в диапазоне от 2300 МГц до 2600 МГц.
5. Способ по п.1,
в котором отношение диаметр подложки/высота поверхности роста подложки выше основания плазменной камеры находится в переделах от 10 до 14, от 11 до 13,5 или от 11,0 до 12,5.
6. Способ по п.5, в котором диаметр подложки находится в пределах:
от 165 мм до 415 мм, от 185 мм до 375 мм, от 205 мм до 375 мм, от 205 мм до 330 мм или от 240 мм до 330 мм для микроволновой частоты f в диапазоне 400-500 МГц;
от 80 мм до 200 мм, от 90 мм до 180 мм, от 100 мм до 180 мм, от 100 мм до 160 или от 115 мм до 160 мм для микроволновой частоты f в диапазоне 800-1000 МГц; или
от 30 мм до 75 мм, от 33 мм до 65 мм, от 37 мм до 65 мм, от 37 мм до 58 мм или от 42 мм до 58 мм для микроволновой частоты f в диапазоне 2300-2600 МГц.
7. Способ по п.5 или 6, в котором высота поверхности роста подложки выше основания плазменной камеры находится в пределах:
от 10 мм до 30 мм или от 14 мм до 27 мм для микроволновой частоты f в диапазоне 400-500 МГц;
от 5 мм до 15 мм или от 7 мм до 13 мм для микроволновой частоты f в диапазоне 800-1000 МГц; или
от 2,0 мм до 5,5 мм или от 2,5 мм до 5,0 мм для микроволновой частоты f в диапазоне 2300-2600 МГц.
8. Способ по п.7, в котором микроволновая частота f в диапазоне от 400 МГц до 500 МГц и диаметр подложки и высота поверхности роста подложки в пределах объемного резонатора выбираются так, что:
если диаметр подложки находится в пределах от 180 мм до 230 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 14 мм до 20 мм;
если диаметр подложки находится в пределах от 230 мм до 270 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 20 мм до 24 мм; или
если диаметр подложки находится в пределах от 270 мм до 310 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 22 мм до 27 мм.
9. Способ по п.7, в котором микроволновая частота f в диапазоне от 800 МГц до 1000 МГц и диаметр подложки и высота поверхности роста подложки в пределах объемного резонатора выбираются так, что:
если диаметр подложки находится в пределах от 90 мм до 110 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 7 мм до 10 мм;
если диаметр подложки находится в пределах от 110 мм до 130 мм, высота поверхности роста может находиться в пределах от 9,5 мм до 11,5 мм; или
если диаметр подложки находится в пределах от 130 мм до 150 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 11 мм до 13 мм.
10. Способ по п.7, в котором микроволновая частота f в диапазоне от 2300 МГц до 2600 МГц и диаметр подложки и высота поверхности роста подложки в пределах объемного резонатора выбираются так, что:
если диаметр подложки находится в пределах от 30 мм до 40 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 2,5 мм до 3,7 мм;
если диаметр подложки находится в пределах от 40 мм до 48 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 3,5 мм до 4,2 мм; или
если диаметр подложки находится в пределах от 48 мм до 55 мм, высота поверхности роста находится в пределах от 4,0 мм до 4,8 мм.
11. Способ по п.1, в котором отношение диаметр объемного резонатора/диаметр подложки находится в пределах от 1,5 до 5, от 2,0 до 4,5 или от 2,5 до 4,0, причем диаметр объемного резонатора измеряется на высоте, меньшей, чем 50%, 40%, 30% или 20% от высоты объемного резонатора.
12. Способ по п.11, в котором диаметр объемного резонатора измеряется на высоте поверхности роста подложки.
13. Способ по п.1, дополнительно содержащий:
выполнение, по меньшей мере, двух измерений температуры, используя одно или более устройств измерения температуры, включая в себя одно или более измерений в центральной области поверхности роста подложки и одно или более измерений в периферийной области поверхности роста; и
управление разностью температур между центральной областью и периферийной областью поверхности роста подложки во время выращивания на ней CVD алмаза на основании, по меньшей мере, двух измерений температуры, используя систему управления температурой подложки.
14. Способ по п.13, в котором система управления температурой подложки используется для управления температурой поверхности роста подложки во время выращивания на ней CVD алмаза для выполнения условия: 5°C<Tc-Te<120°C; 10°C<Tc-Te<100°C; 10°C<Tc-Te<80°C; 20°C<Tc-Te<80°C или 20°C<Tc-Te<60°C, где Tc - температура в центральной области поверхности роста, и Te - температура в периферийной области поверхности роста.
15. Способ по п.13 или 14, в котором центральная область поверхности роста имеет внешний диаметр не больше, чем 50%, 40%, 30%, 20% или 10% от диаметра поверхности роста, и периферийная область поверхности роста имеет внутренний диаметр больше чем 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% от диаметра поверхности роста.
16. Способ по п.1, в котором подложка расположена поверх поддерживающей поверхности держателя подложки и отделена разделительными элементами для формирования газового зазора, имеющего высоту h между поддерживающей поверхностью держателя подложки и задней поверхностью подложки, и микроволновый плазменный реактор дополнительно содержит систему подачи газа для подачи газа в упомянутый газовый зазор, причем разделительные элементы сконфигурированы для задания центральной полости газового зазора под подложкой, в которую может втягиваться газ из системы подачи газа.
17. Способ по п.16, в котором высота h газового зазора находится в пределах от 25 мкм до 2000 мкм, от 50 мкм до 1000 мкм, от 100 мкм до 750 мкм, от 500 мкм до 750 мкм, от 600 мкм до 650 мкм, от 100 мкм до 300 мкм или от 150 мкм до 250 мкм.
18. Способ по п.16 или 17, в котором высота h газового зазора варьируется на не больше, чем 200 мкм, 150 мкм, 100 мкм, 80 мкм, 60 мкм, 40 мкм, 20 мкм, 10 мкм или 5 мкм поперек, по меньшей мере, центральной области подложки, имеющей центрированный диаметр, равный или больший, чем 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или 99% от полного диаметра подложки.
19. Способ по п.18, в котором газовый зазор имеет центральную область с первой высотой газового зазора и периферийной областью со второй высотой газового зазора, причем первая высота газового зазора больше, чем вторая высота газового зазора.