МИКРОВОЛНОВЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛМАЗНОГО МАТЕРИАЛА

1. Микроволновый плазменный реактор для производства синтетического алмазного материала с помощью химического осаждения из газовой фазы, причем микроволновый плазменный реактор содержит:
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, причем объемный резонатор имеет центральную вращательную ось симметрии, простирающуюся от основания до верхней пластины, и причем верхняя пластина установлена поперек упомянутой центральной вращательной оси симметрии;
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; и
держатель подложки, расположенный в плазменной камере и содержащий поддерживающую поверхность для поддержания подложки, на которую осаждается синтетический алмазный материал при ее использовании;
011
причем объемный резонатор сконфигурирован как имеющий высоту, измеряемую от основания до верхней пластины плазменной камеры, которая поддерживает резонансную моду TM между основанием и верхней пластиной на частоте в диапазоне от 400 МГц до 500 МГц, от 800 МГц до 1000 МГц или от 2300 МГц до 2600 МГц,
причем объемный резонатор дополнительно сконфигурирован как имеющий диаметр, измеряемый на высоте меньшей, чем 50% от высоты объемного резонатора, измеряемой от основания, который удовлетворяет условию того, что отношение высоты объемного резонатора к диаметру объемного резонатора находится в пределах от 0,3 до 1,0.
причем объемный резонатор содержит внутренние стенки, сконфигурированные для воздействия плазмы, сформированной внутри объемного резонатора, при его использовании, причем упомянутые внутренние стенки содержат металлические поверхности, формирующие, по меньшей мере, 75% общей площади поверхности упомянутых внутренних стенок в пределах объемного резонатора, и
причем участок упомянутых внутренних стенок сформирован кольцевым диэлектрическим окном, сформированным в одной или нескольких секциях, причем упомянутое кольцевое диэлектрическое окно формирует не больше, чем 25% общей площади поверхности внутренних стенок в пределах объемного резонатора.
2. Микроволновый плазменный реактор по п. 1, в котором отношение высоты объемного резонатора к диаметру объемного резонатора находится в пределах от 0,4 до 0,9 или от 0,5 до 0,8.
3. Микроволновый плазменный реактор по любому предшествующему пункту, в котором высота объемного резонатора, измеряемая от основания до верхней пластины плазменной камеры, находится в пределах:
от 300 мм до 600 мм, от 300 мм до 500 мм или от 400 мм до 500 мм на микроволновой частоте f в диапазоне от 400 МГц до 500 МГц;
от 150 мм до 300 мм, от 150 мм до 250 мм или от 200 мм до 250 мм на микроволновой частоте f в диапазоне от 800 МГц до 1000 МГц; или
от 50 мм до 110 мм, от 50 мм до 90 мм или от 70 мм до 90 мм на микроволновой частоте f в диапазоне от 2300 МГц до 2600 МГц.
4. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором диаметр объемного резонатора находится в пределах:
от 400 мм до 1000 мм, от 500 мм до 900 мм или от 600 мм до 800 мм на микроволновой частоте f в диапазоне от 400 МГц до 500 МГц;
от 200 мм до 500 мм, от 250 мм до 450 мм или от 300 мм до 400 мм на микроволновой частоте f в диапазоне от 800 МГц до 1000 МГц; или
от 70 мм до 180 мм, от 90 мм до 160 мм или от 110 мм до 150 мм на микроволновой частоте f в диапазоне от 2300 МГц до 2600 МГц.
5. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором объемный резонатор имеет объем в пределах:
3
3
3
3
3
3
3
3
от 0,018 м до 0,530 м, от 0,062 м до 0,350 м, от 0,089 м до 0,270 м или от 0,133 м до 0,221 м на микроволновой частоте f в диапазоне от 400 до 500 МГц;
3
3
3
3
3
3
3
3
от 0,002 м до 0,06 м, от 0,007 м до 0,04 м, от 0,01 м до 0,03 м или от 0,015 м до 0,025 м на микроволновой частоте f в диапазоне от 800 МГц до 1000 МГц; или
-5
3
-3
3
-4
3
-3
3
-4
3
-3
3
-4
3
-3
3
от 9,8×10м до 2,9×10м, от 3,4×10м до 1,96×10м, от 4,9×10м до 1,47×10м или от 7,35×10м до 1,23×10м на микроволновой частоте f в диапазоне от 2300 до 2600 МГц.
6. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором объемный резонатор является цилиндрическим.
7. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором верхний участок объемного резонатора имеет больший диаметр, чем нижний участок объемного резонатора, причем верхний участок объемного резонатора сконфигурирован для поддержания, по меньшей мере, одной вторичной микроволновой моды, которая, по меньшей мере, частично устраняет пучность большого электрического поля в верхнем участке объемного резонатора при его использовании.
8. Микроволновый плазменный реактор по п. 7, в котором отношение нижнего диаметра к верхнему диаметру объемного резонатора больше, чем 0,4, и меньше, чем 1, причем нижний диаметр измеряется на высоте меньшей, чем 50% от высоты объемного резонатора, измеряемой от основания, и верхний диаметр измеряется на высоте большей, чем 50% от высоты объемного резонатора, измеряемой от основания.
9. Микроволновый плазменный реактор по п. 8, в котором упомянутое отношение находится в пределах от 0,5 до 0,9, от 0,6 до 0,9 или от 0,7 до 0,8.
10. Микроволновый плазменный реактор по п. 8 или 9, в котором:
на микроволновой частоте f в диапазоне от 400 до 500 МГц нижний диаметр находится в пределах от 400 мм до 900 мм, от 500 мм до 900 мм, от 600 мм до 800 мм или от 650 мм до 800 мм, и верхний диаметр может находиться в пределах от 600 мм до 1000 мм, от 700 мм до 1000 мм, от 700 мм до 900 мм или от 800 мм до 900 мм;
на микроволновой частоте f в диапазоне от 800 МГц до 1000 МГц нижний диаметр находится в пределах от 200 мм до 450 мм, от 250 мм до 450 мм, от 300 мм до 400 мм или от 330 мм до 400 мм, и верхний диаметр находится в пределах от 300 мм до 500 мм, от 350 мм до 500 мм, от 350 мм до 450 мм или от 400 мм до 450 мм; или
на микроволновой частоте f в диапазоне от 2300 до 2600 МГц нижний диаметр находится в пределах от 70 мм до 160 мм, от 90 мм до 160 мм, от 100 мм до 150 мм или от 120 мм до 150 мм, и верхний диаметр может находиться в пределах от 100 мм до 200 мм, от 120 мм до 200 мм, от 130 мм до 170 мм или от 150 мм до 170 мм.
11. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором металлические поверхности внутренних стенок объемного резонатора формируют, по меньшей мере, 80%, 85%, 90% или 95% общей площади поверхности упомянутых внутренних стенок в пределах объемного резонатора.
12. Микроволновый плазменный реактор по п. 11, в котором упомянутые металлические поверхности сделаны из алюминия или его сплава, содержащего, по меньшей мере, 80%, 90%, 95% или 98% по весу алюминия.
13. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором кольцевое диэлектрическое окно формирует не больше, чем 20%, 15%, 10% или 5% от общей площади поверхности внутренних стенок в пределах объемного резонатора.
14. Микроволновый плазменный реактор по п. 1 или 2, в котором микроволновый плазменный реактор дополнительно содержит электропроводящую поверхность, расположенную в пределах плазменной камеры поверх области пучности большого электрического поля, которая существовала бы в соответствующей плазменной камере, не содержащей проводящую поверхность.
15. Микроволновый плазменный реактор по п. 14, в котором проводящая поверхность имеет форму конуса.
16. Микроволновый плазменный реактор по п. 15, в котором имеющая форму конуса проводящая поверхность содержит закругленный наконечник.
17. Микроволновый плазменный реактор по п. 15 или 16, в котором имеющая форму конуса проводящая поверхность формирует кольцевую выемку в плазменной камере, и кольцевое диэлектрическое окно располагается в упомянутой выемке.