КОНТРОЛИРУЕМОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛМАЗНОГО МАТЕРИАЛА

1. Способ производства синтетического CVD алмазного материала, содержащий:
предоставление микроволнового плазменного реактора, содержащего:
плазменную камеру;
одну или более подложек, расположенных в плазменной камере, предоставляющих область поверхности роста, поверх которой синтетический CVD алмазный материал осаждается при использовании;
конфигурацию микроволновой связи для подачи микроволнового излучения от микроволнового генератора в плазменную камеру; и
систему газового потока для подачи технологических газов в плазменную камеру и удаления их оттуда,
инжекцию технологических газов в плазменную камеру;
подачу микроволнового излучения от микроволнового генератора в плазменную камеру через конфигурацию микроволновой связи, чтобы сформировать плазму выше области поверхности роста или ниже области поверхности роста, если микроволновый плазменный реактор находится в инвертированной конфигурации с технологическими газами, протекающими в восходящем направлении; и
выращивание синтетического CVD алмазного материала поверх области поверхности роста,
причем технологические газы содержат, по меньшей мере, одну легирующую примесь в газообразной форме, выбранную из одного или более из бора, кремния, серы, фосфора, лития и бериллия, одна или каждая легирующая примесь присутствует при концентрации, равной или большей, чем 0,01 ч./млн, и/или азот при концентрации, равной или большей, чем 0,3 ч./млн,
причем система газового потока включает в себя газовый впуск, содержащий один или более газовых впускных патрубков, расположенных противоположно области поверхности роста и сконфигурированных для инжекции технологических газов по направлению к области поверхности роста, и
причем технологические газы инжектируют в плазменную камеру через один или каждый газовый впускной патрубок с числом Рейнольдса в диапазоне 1-100.
3
2. Способ по п. 1, причем технологические газы инжектируют к области поверхности роста при полном газовом расходе, равном или большем, чем 500 стандартных см в минуту.
3. Способ по п. 1 или 2, причем, по меньшей мере, одна легирующая примесь инжектируется в плазменную камеру контролируемым образом или добавляется к одному или более исходным технологическим газам до инжекции в плазменную камеру.
4. Способ по п. 1 или 2, причем, по меньшей мере, одна легирующая примесь содержит одно или более из бора, кремния, серы, фосфора, лития и бериллия, и причем технологические газы содержат меньше чем 0,3 ч./млн азота; или азот при концентрации, равной или большей, чем 0,3 ч./млн, и технологические газы содержат меньше чем 0,01 ч./млн бора, кремния, серы, фосфора, лития и бериллия.
5. Способ по п. 1 или 2, причем, по меньшей мере, одна легирующая примесь содержится в технологических газах при концентрации, равной или большей, чем 0,05 ч./млн, 0,1 ч./млн, 0,3 ч./млн, 0,5 ч./млн, 0,7 ч./млн, 1 ч./млн, 3 ч./млн, 5 ч./млн, 10 ч./млн, 20 ч./млн, 50 ч./млн, 100 ч./млн, 200 ч./млн, 300 ч./млн, 500 ч./млн, 700 ч./млн или 1000 ч./млн.
-6
-6
-6
-6
6. Способ по п. 1 или 2, причем технологические газы имеют отношение концентрация легирующей примеси/концентрация углерода, равное или большее, чем 1×10, 10×10, 100×10 или 1000×10.
3
7. Способ по п. 1 или 2, причем полный расход газа, подаваемого через газовый впуск, равен или больше, чем 750, 1000, 2000, 5000, 10000, 15000, 20000, 25000, 30000, 35000 или 40000 стандартных см в минуту.
3
2
3
2
8. Способ по п. 1 или 2, причем полный газовый поток, подаваемый через газовый впуск, равен или больше, чем 3, 10, 20, 50, 100, 200, 500 или 1000 стандартных см на см площади поверхности роста, и равен или меньше чем 50000, 20000, 10000 или 5000 стандартных см на см площади поверхности роста.
9. Способ по п. 1 или 2, причем один или каждый газовый впускной патрубок имеет выпускной диаметр в пределах от 0,1 мм до 5 мм, от 0,2 мм до 3,0 мм, от 2,0 мм до 3 мм, от 0,2 мм до 2 мм, от 0,25 мм до 2 мм или от 0,25 мм до 1,5 мм.
c
S
S
S
S
10. Способ по п. 1 или 2, причем минимальное расстояние D между газовым впуском и областью поверхности роста меньше чем, или равно 6R, 4R или 2R, где R - радиус площади поверхности роста.
11. Способ п. 1 или 2, причем технологические газы инжектируют в плазменную камеру через один или каждый газовый впускной патрубок с числом Рейнольдса, равным или меньшим, чем 100, 80, 50, 40 или 35 и, по меньшей мере, 1, 5, 10, 15, 20 или 25.
12. Способ по п. 1 или 2, причем рабочее давление в пределах плазменной камеры равно или больше, чем: 100, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380 или 400 Торр (т.е. 13,3, 26,7, 29,3, 32,0, 34,7, 37,3, 40,0, 42,7, 45,3, 48,0, 50,7, 53,3 кПа) на микроволновой частоте в диапазоне 2300-2600 МГц; 120, 140 160, 180, 200, 220, 240 или 260 Торр (т.е. 16,0, 18,7, 21,3, 24,0, 26,7, 29,3, 32,0, 34,7 кПа) на микроволновой частоте в диапазоне 800-1000 МГц; или 60, 70, 80, 100, 120, 140 или 150 Торр (т.е., 8,0, 9,3, 10,7, 13,3, 16,0, 18,7, 20,0 кПа) на микроволновой частоте в диапазоне 400-500 МГц.
13. Способ по п. 1 или 2, причем, по меньшей мере, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% или 70% мощности, подаваемой в плазменную камеру, передается через основу плазменной камеры, расположенную напротив газового впуска.
2
14. Способ по п. 1 или 2, причем плотность мощности, подаваемой к области поверхности роста, равна или больше, чем 0,05, 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2,0, 2,5, 2,75, 3,0, 3,2 или 3,5 Вт/мм для области поверхности роста.
15. Способ по п. 1 или 2, причем газовый впуск содержит матрицу впускных патрубков, содержащую множество газовых впускных патрубков, расположенных противоположно области поверхности роста и сконфигурированных для инжекции технологических газов к области поверхности роста.