[发明专利]合成CVD金刚石

权利要求书

1.一种用于在合成环境中在基底上合成金刚石材料的化学气相沉积（CVD）方法，所述方法包含：

提供基底；

提供源气体；

使所述源气体离解；和

允许在基底上的同质外延金刚石合成；

其中所述合成环境包含原子浓度为约0.4ppm至约50ppm的氮；且

并且其中该源气体包含：

a)氢的原子分数H_f，其为约0.40至约0.75；

b)碳的原子分数C_f，其为约0.15至约0.30；

c)氧的原子分数O_f，其为约0.13至约0.40；

其中H_f+C_f+O_f=1；

其中碳的原子分数与氧的原子分数之比C_f:O_f满足比率：约0.45:1<C_f:O_f<约1.25:1；

其中源气体包含以氢分子H₂形式添加的氢原子，占存在的氢原子、氧原子和碳原子总数的原子分数为0.05至0.40；和

其中原子分数H_f、C_f和O_f是源气体中存在的氢原子、氧原子和碳原子的总数的分数。

2.根据权利要求2的方法，其中在大于P_下限托的压力下进行工艺，其中P_下限=P_电弧-Y并且P_电弧=170(H_f+0.25)+X，其中Y＝50托，X为约20至约-50，并且P_电弧为工艺中单极电弧开始的压力。

3.根据任一前述权利要求的方法，其中通过微波使源气体离解。

4.根据权利要求3的方法，其中该微波的频率为约800MHz至约1000MHz。

5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中将基底维持在约750℃至约1000℃的温度。

6.合成CVD金刚石材料，其由权利要求1-5任一项所述方法生产。

7.根据权利要求6的合成CVD金刚石材料，该合成CVD金刚石材料包含浓度大于约0.5ppm的单取代氮（N_s⁰），并且在350nm至750nm的可见光范围内具有总的积分吸收，使得该吸收的至少约35%归因于N_s⁰。

8.合成CVD金刚石材料，该合成CVD金刚石材料包含浓度大于约0.5ppm的单取代氮（N_s⁰），并且在350nm至750nm的可见光范围内具有总的积分吸收，使得该吸收的至少约35%归因于N_s⁰。

9.根据权利要求7或8的合成CVD金刚石材料，对于1mm的透射路径长度，该合成CVD金刚石材料具有大于约80°的色调角。

10.根据权利要求6-9任一项的合成CVD金刚石材料，其中该材料具有使用氩离子激光器的488nm激发在77K下的光致发光光谱，该光谱显示出在约543.0nm和约543.2nm之间的峰，该峰的归一化至1阶金刚石拉曼谱（对于该激发波长而言在521.9nm）的强度比率大于约0.005。

11.根据权利要求6-10任一项的合成CVD金刚石材料，其中N_s⁰浓度大于约2.5ppm，使用UV-可见光吸收光谱利用270nm峰测量。

12.根据权利要求6-11任一项的合成CVD金刚石材料，其中氮和氢以外的各化学杂质的元素浓度小于0.1ppm。

13.根据权利要求6-12任一项的合成CVD金刚石材料，其中该合成CVD金刚石材料体积的至少约50%由单一生长扇区形成。

14.根据权利要求6-13任一项的合成CVD金刚石材料，该合成CVD金刚石材料具有如下颜色参数：-20至1的a*；5至20的b*；0至30的C*，和40至100的L*。