专利名称：对钻石退火的低压方法
技术领域：
本发明总体涉及对钻石进行退火，更具体而言，涉及在低压下、即在比以前用于对 单晶CVD钻石进行退火的压力低得多的压力下(包括大约一个大气压或者更低的压力)对 单晶CVD钻石进行退火。本发明对于改进钻石的光学性能是有用的，且在以快速生长速率 制造高光学质量的单晶CVD钻石中特别有用。
背景技术：
钻石的化学气相沉积生长通过将能量传递到包含前体分子的气相碳内来实现。 例如，可以利用微波能量来产生等离子体，所述等离子体将碳沉积到晶种钻石上以形成钻 石。直到近年来，用于生长钻石的所有的CVD技术获得了多晶钻石或者非常薄层的单晶钻 石。本发明的三名发明人(即赫姆利博士、毛博士和严博士)已经开发了微波等离子CVD 技术来生长大的单晶CVD，这些技术公开在2002年11月6日提交的、专利申请序列号为 No. 10/288，499 (现在为美国专利No. 6，858，078)、2006年5月23日提交的美国专利申请序 列号No. 11/438，260以及2006年11月15日提交的专利申请序列号11/599，361的专利文 件中，所有这些此处并入以供参考。本发明人的微波等离子CVD技术可以达到并超过150微米每小时的速率在晶种钻 石上生长晶体钻石，例如黄色类型的Ib HPHT合成钻石。通过本发明人的微波等离子CVD 技术制造的钻石的颜色依赖于钻石所生长的温度。具体而言，当钻石在特定的温度范围内 生长时，可以制造无色的钻石，所述特定温度范围依赖于等离子体中的气体混合物。但是， 在特定范围之外的温度下产生的钻石颜色可以为黄色或者褐色。I. M. Reinitz 等在 Gems&Gemology 36，128-137 (2000)中报导了通过高压高温退 火来减轻褐色自然钻石中的褐色、以及减少杂质。大部分的天然钻石具有褐色，这让它们相对宝石缺少吸引力。(参见例如 Fritsch, Ε·,在G. E. Harlow (Ed.) (1998) The Nature of Diamonds, Cambridge University Press, UK，23-47。自1999年以来，HPHT退火已经是当前用于提高天然褐色钻石颜色的 商业方法，且该方法需要在1800-2500°C范围内的温度以及在5GPa范围内的高压，以防止 钻石石墨化。例如参见 Α. T. Collins，H. Kanda 和 H. Kitawaki，"Color chang印roduced in natural brown diamonds by high-pressure, high-temperature treatment，，， Diamond Relat. Mater. 9,113-122(2000) ；Alan T. Collins, Alex Connor, Cheng-Han Ly, AbdullaShareef, Paul M. Spear,"High-temperature annealing of opticalcenters in type-I diamond，，， J. Appl. Phys. 97, 083517 (2005) ；D. Fisher 禾口 R. A. Spits， Gems. Gemol. 36,42(2000) 0用低氮浓度的自然钻石中提及的褐色的减少归因于对塑性变形的退火° (参看例如 L. S. Hounsome 等"Origin of brown coloration in diamond，，， PhysicalReview B 73，125203 (2006))。在含氮的钻石中，在此退火期间从位错释放的空位 被捕获以在中性电荷状态中形成N-V-N中心。H3带给予钻石黄绿颜色。通过高温处理(> 700°C )，一部分天然褐色钻石转变成无色或者接近于无色(参 看例如Ming-sheng Peng等"Studies on color enhancementof diamond，，,Hunan Geology Supp.17-21(1992))。在掺氮SC-CVD钻石中观察到下述缺陷置换氮(Ns°和Ns+)，氮空位复合体 (complex) (NV_和NV°)、氮-空位-氢(NVH_)、空位-氢复合体、硅-空位复合体以及非钻石 碳。美国专利No. 7，172，655涉及一种制造所需颜色的单晶CVD钻石的方法，所需颜色 包括例如粉色_绿色范围内的颜色。本发明的发明人中的三个发明人已经发现了在传统的高压高温设备中使用反应 容器在1800-2900°c的温度下以及在5-7GPa的压力下对单晶黄色或者褐色CVD钻石进行 HPHT退火约1-60分钟，以将一些单晶褐色CVD钻石转变成透明无色单晶钻石(参看2004 年7月13日提交的美国专利申请No. 10/889,171)。具体而言，赫姆利博士、毛博士和严博 士发现，在大约1400-1460°C的温度下、在包含4-5% N2/CH4比率的气氛中且在钻石稳定场 之外至少4GPa的压力下以高增长速率生长的单晶黄色或者淡褐色CVD钻石可以被退火以 变成无色单晶钻石。这样的退火CVD钻石的拉曼光谱和PL光谱显示，在这样的无色单晶钻 石中氢化非晶态碳消失且N-V杂质显著减少。这些改变看起来与I. M. Reinitz等的通过对 褐色天然钻石的HPHT退火所产生的透明度改进的报导相似。在上述方法结果中涉及的高压可能导致高的成本。相应地，需要开发一种对钻石 退火的低压方法，以改进钻石的特定特性，包括光学性能。也需要开发一种低压退火方法， 所述低压退火方法可以用于不同类型的钻石，包括但是不限于CVD钻石(单晶钻石和多晶 钻石)、HPHT钻石以及自然钻石。本发明的一个目的在于改进钻石的光学性能。本发明的另一目的在于让钻石颜色 变淡或者从钻石除色。本发明的再一目的在于改进任何类型钻石的质量，包括但不限于单 晶和多晶CVD钻石、HPHT钻石以及天然钻石。本发明一个附加的目的在于通过在低压下操 作的方法来实现上述的目的。其他目的将从本发明的下述描述变得明显。
发明内容
宽泛而言，本发明涉及对钻石进行退火的方法，或者改进其光学性能的方法，所述 方法基本上消除了相关技术的限制和缺点所导致的一个或者更多个问题。本发明的其他特征和优点将在下述的说明中阐述，且将从所述说明书中变得明 显，或者可以从本发明的实施中了解到。本发明的目的和其他优点将通过所撰写的说明书 和权利要求中特别指出的结构来实现和获得。为了实现这些目的和其他的优点，且根据本发明的目的，如所实施和宽泛描述的 那样，用于改进钻石光学质量的方法包括将钻石的温度从大约1000°c升高到大约2200°C、 且控制钻石的压力至钻石稳定场之外的大约5个大气压或者更小。上述的条件在还原的气 氛中进行控制，且所述钻石被保持在散热保持器中，所述散热保持器与和钻石的边缘相邻的钻石的侧表面热接触。还公开了一种用于制造CVD钻石的方法，所述方法包括控制钻石的生长表面的 温度，从而生长钻石晶体的温度在900-1400°C的范围内，且钻石被安装在由这样的材料制 造的散热保持器中，所述材料具有高熔点和高导热率，以最小化跨过钻石的生长表面的温 度梯度；通过微波等离子化学气相沉积在具有大于150托的气氛的沉积室内在钻石的生长 表面上生长钻石，其中所述气氛包括从每单位H2中大约8%至超过大约30%的CH4 ；从所述 沉积室内移出所生长的单晶钻石，同时仍然在散热保持器内；以及在还原的气氛中、钻石的 稳定场之外的大约1托至大约760托的压力下将CVD钻石的温度从大约1400度升高到大 约2200度并持续大约5秒至大约3小时的时间段。通过上述方法制造的CVD钻石可以为 单晶CVD钻石。可以理解的是，本发明的前述总体说明和前述的细节说明只是示范性的和说明性 的，且意于提供对所要求权利的本发明的进一步的解释。
图1提供了单晶CVD钻石的生长速率vs.颜色的图形，一些单晶CVD钻石通过所 公开的低压、高温方法进行退火以改进光学质量。图2提供了低压退火处理之前和之后的CVD钻石的照片。图3显示了退火之前和之后的钻石的UV-VIS吸收光谱。图4显示了退火之前和之后的褐色钻石的光致发光光谱。图5a、5b显示了退火之前和之后的钻石的红外吸收光谱。
具体实施例方式现在将详细参照本发明的优选实施例。本发明的方法实质上是双重的第一是一种对钻石进行退火的低压方法、或者改 进其光学性能，第二是通过如下迅速地制造高光学质量的钻石的二步骤工艺a)生长单晶 钻石，优选是单晶钻石，且优选地通过微波等离子化学气相沉积；以及然后b)执行低压方 法来对生长的钻石进行退火，或者改进生长的钻石的光学质量。后面的方法特别有用，以至 其提供了改进CVD钻石质量的手段，所述CVD钻石以通常产生杂色钻石(例如褐色钻石) 的速率迅速生长。当参照该申请的方法时、所使用的术语“退火”将被理解为改进钻石的特定性能， 包括但不限于，减少残余应力、消除缺陷、让颜色变淡或者移除颜色。例如，退火可以理解为 改进钻石的光学质量。对钻石退火的高温、低压方法(此后称为“HT”退火或者“HT”方法)可以在任何 类型的钻石上执行，包括但不限于单晶CVD钻石、多晶CVD钻石、HPHT钻石和天然钻石。在 一个优选实施例中，对钻石退火、或者改进钻石的光学质量的方法使用CVD钻石来执行。在 另一优选实施例中，所述方法使用单晶CVD钻石来执行。用于在低压、高温退火方法中升高钻石的温度的加热源包括但是不限于微波、热丝、炉子或者烤箱式加热源。低压、高温退火处理可以改进钻石的颜色至少三个等级。例如，接受退火处理的褐色K级颜色可以被提高至G级。褐色G级颜色可以通过所述退火处理升级至E-F级，粉 色透射率接近550nm。这样的颜色改进显示，高温、低压方法在结果中与例如美国专利申请 No. 10/889，171中所公开的、使用高温、高压退火方法所实现的结果可比较。颜色通过在800nm 100 %的正则化的透射率来估计，且根据在400nm80 %、70 %、60%、50%、40%、30%、20%、10%和 0% 的透射率分别分配值 E、F、G、H、I、J、K、L 和 M。具体参照附图，图1显示了单晶CVD钻石的生长速率vs.颜色的图形，一些单晶 CVD钻石通过所公开的低压、高温方法进行退火以改进光学质量。图形中所显示的钻石是具 有从低于IOppb至高于400ppm的氮杂质的高质量单晶CVD钻石，作为类型I或者类型II 钻石。钻石超过18mm厚(15克拉)，且由发明人使用例如美国专利申请No. 11/438，260和 11/599, 361中所公开的非常高生长速率的工艺来制造。所述钻石在从大约1400度至大约 2200度的温度下退火大约5秒至大约3小时的时间段。所述钻石保持在大约1托至5大气 压的还原气氛中，这理解为防止所述钻石的显著石墨化。氢气被用于在大多数试验中保持 所述还原气氛。通过微波等离子CVD加热的钻石被放在钼保持器内，其一示例公开在例如 美国专利No. 6，858，078中。然后，保持器中的钻石用石墨粉末包围，以保证均勻的温度分 布和防止微波等离子体蚀刻钻石和将钻石加热到其破裂的程度。通过如上讨论的低压、高温退火工艺处理的单晶CVD钻石具有至少下述的一个特点。1、深色钻石将变成无色或者具有彩色颜色的接近无色，例如浅粉色、红色或者紫 色。2、由激光激发的575nm和637nm的原始氮-空位杂质N-V中心的PL强度将增加 或者减少，且将在503nm处存在H3中心(氮-空位复合体)，该H3中心将不会退出直至退 火步骤。3、在2930CHT1处的a_C:H红外吸收宽频带被退火至良好分解的{111}和{100} C-H 伸缩振动峰、主要是在 28IOcnT1,2870CHT1 和 2900CHT1。在 ΤβδΤαιΓ^θδδθαιΓ1 和 6429CHT1 处 的氢致电子跃迁吸收被极大地减小。4、在偏光显微镜下，与原始钻石相比，低的光学双折射指示了低的应变。5、维氏硬度测试显示了减小的断裂线，这指示了更高的韧度。已经根据上述讨论的高温、低压退火方法退火的、具有低氮杂质和高氮杂质的钻 石适于这样的应用，包括但是不限于光学应用、机械应用和电子应用、宝石、激光器窗口和 增益介质、散热器、量子计算、半导体和耐磨应用。如图1中所示，在50sccm CH4中使用0. 2sccm N2、通过微波等离子CVD生长的褐 色钻石以及在50SCCm CH4中使用0. Isccm N2通过微波等离子CVD (MPCVD)生长的淡褐色钻 石具有在K-M和H-K范围内的颜色。在低压高温处理之后，钻石具有在下述范围中的颜色 褐色钻石(G-J)和淡褐色钻石(E-G)。这显示了大约3个颜色等级的颜色改进通过让钻石 进行本发明的低压、高温退火方法处理来实现。图2显示了在低压、高温退火处理之前和之后的MPCVD钻石的照片。在三个单独 的图片中，左侧上的钻石没有经过低压高温退火处理。右侧的钻石已经用低压高温退火工 艺处理。处理之前和处理之后的钻石之间的透明度的差异从照片中非常明显。示例
由卡耐基研究所在非常高的生长速率工艺上制造的各种SC-CVD钻石具有下述特 性⑴从低于IOppb至高于400ppm的氮杂质，由二次离子质谱仪(SIMS)测量确定；⑵从 无色至接近无色至作为类型I和类型II钻石的颜色；(3)尺寸达到超过18mm厚(或者15 克拉)。用从600度至1400度的温度有意增加氮制造的这些钻石已经显示改进了生长速 率，且促进了 {100}面的生长，且防止孪生和多晶钻石的形成。褐色的亮度大多数依赖于气 体中氮气的温度和浓度。接近无色至褐色的SC-CVD钻石可以在低于2% N2/CH4的氮气浓 度下制造，在由514nm激光束光谱激发的拉曼中接近1500CHT1的明显非钻石碳带的褐色至 暗褐色钻石可以在20% -1000%的N2/CH4下制造。在微波等离子CVD室内在200托的氢气压力下，褐色钻石用1400至2200度的高 温退火从几个小时至小于1分钟的时间。所述钻石通过微波等离子CVD方法加热，且放置 在由石墨粉末包围的钼保持器内，以使得温度分布均勻，且防止微波和等离子体局部蚀刻 和加热所述钻石，这可能导致热裂。必须注意的是，褐色硬SC-CVD钻石必须是高质量单晶钻石，以防止由于下述条件 所导致的显著石墨化和裂纹高温(例如超过1600度)、钻石稳定压力之外的低压，以及下 能量氢等离子蚀刻。在1400-2200度高温处理之后的单晶CVD钻石显示了显著提高的光学、 电子和机械特性。用低于IOppm的氮杂质水平进行HT退火而制备的四十多类型IISC-CVD钻石板 (厚度为0. 2至3mm)的特征如下L UV-VIS吸收在HT处理之后，褐色钻石改变至无色或者具有彩色颜色的接近无 色，例如浅粉色、红色、紫色或者橘粉色。从图3中的UV-VIS吸收光谱可见，暗色钻石在可 见区域中通常具有三个宽吸收带270nm置换氮吸收、在HT退火之后减小的370和550nm宽 频带。在HPHT退火中已经报导了相似的颜色改进。颜色梯度改进平均3个等级，例如从J 色至G色，所述等级从吸收光谱进行评估。在温度低于1500度之下时在大气压力下进行钻 石退火，没有观察到CVD钻石的显著颜色改进。II.光致发光如图4中所示，褐色CVD钻石的光致发光(PL)光谱显示，在575nm 和637nm由激光激发的原始氮空位杂质[N_V]°和[N_V]_中心的强度仍然存在，在HT退 火之前不存在的503nm上的H3中心(氮-空位复合体)将开始出现。在HT退火进行时 存在2个阶段至N-V中心。在低温下或者短的时帧上执行退火之后，[N-V]°(575nm)和 [N-V]_(637nm)中心的PL强度增加了 1_5倍，这导致488nm激发的强橘色荧光。在退火之 前，已生长(as-grown)的褐色钻石显示了暗红色的荧光。HT退火的CVD钻石的橘色色调被 认为是来自该橘色荧光。在更高的温度上或者长的退火时间，[N-V]°和[N-V]-中心的PL强 度减小。与用HPHT处理不同，与量子计算机应用相关的N-V中心讲显著地减小或者消失， 且将由PL光谱中的强H3中心所统治。趋势是，[N-V]_中心(637nm)的部分变低。这可能 意味着，电子中心的含量降低，主要来自[N-V]_中心的未耦合电子变成耦合以形成575和 H3中心，这样与颜色改进相关联。III.红外吸收红外吸收光谱揭示了在HT退火时与氢相关联的振动和电子 结构变形。图5显示了 ZSOCK^OOcnT1范围内的C-H伸缩振动带。在褐色CVD钻石 中观察到归因于氢化非晶态碳(a-C:H)的2930cm—1处的宽频带。该强度与钻石的褐 色以及其高的韧度相关联。a_C:H峰被HT退火至ZSlOcnTHspLUll}上的杂化键)、2870 (Sp3-CH3) ,2900cm_1(sp3-{100}上的杂化键)、2925 (Sp3-CH2-) ,2937 和 2948cm"\3032 和SC^cnTHsp2-杂化键)的各种良好分解的C-H伸缩带。CVD之内的{111}表面意味着，在 如此生长的褐色{100}CVD钻石中具有带悬挂键的相对打开的a_C:H结构通过退火转变成 具有改进颜色的局部致密的结构(2)。颜色改进的可能的机制已经机遇HPHT退火CVD钻石 的C-H伸缩的观察进行了描述。在电子跃迁区域中(图SWjSSTcnT1的主吸收(0.913eV， 氢致电子跃迁)、7220CHT1、6856和6429CHT1以及8761和5567CHT1上的次吸收已经极大减小 或者消失。此外，从接近红外区域的SOOO-lOOOOcnT1的连续增加吸收减小。上面的HT退火 效应与HPHT退火相似。一个例外是，HT和原始CVD钻石具有3124cm—1峰(H牵涉一个C)和 7357cm"\7220cm"\6856和6429CHT1，HPHT钻石不具有。且HT钻石不具有与灰色相关联的 3107CHT1 (Sp2-CH = CH-)，这存在于 HPHT 退火试样中以及 2972 (Sp2-CH2-(28))和 2991CHT1。 另一可能的区别是，高压引起Sp3C-H键转移到比HPHT退火试样中的2820CHT1 JSTScnT1和 2905cm"1 高 3-15CHT1 的波数。IV.双折射在具有ιΗ交偏光镜的显微镜下,在HT退火钻石中观察到低光学双折 射，这指示了与非退火、原始的钻石相比更低的应变，这样颜色等级从黄色变成灰色，且两 个正交方向应变变成一个方向，进一步意味着更小的应力。
与HPHT退火相比，HT退火之前和之后的CVD钻石特性揭示了退火机制和褐色根 源以及粉色。基于UV-VIS、PL和SR-FTIR光谱，可以演绎CVD褐色钻石的高温退火之下的 机制。随着退火温度的增加，PL和SR-FTIR光谱揭示了颜色改变的三个重要时期。在第 一阶段，当温度达到700度时，空位变成移动且由于空位在N中心处被捕获而形成更多的 NV中心。尽管这只是考虑的理论，但是可以认为，这是在低温或者短时间退火之后NVtl和 NV—中心的PL强度增加的原因。褐色保留不减少直到1400。其次，在加热到1400度时，颜 色开始改变。尽管这认为是理论，但是看起来，这是因为氢在此温度变成移动。已经发现， 内晶粒边界或者晶间材料内的一些氢在1700K(1400度)下对多晶CVD钻石退火时变得移 动° 参看 D. F. Talbot-Ponsonby, Μ. E. Newton, J. Μ. Baker, G. A. Scarsbrook, R. S. Sussmann 和 A. J. Whitehead, Phys. Rev. B57, 2302-2309 (1998)。相应地，在 FTIR 光谱中，a_C:H 减少， 氢在{100}和{111}上形成C-H键。第一原理建模研究显示，氢可能钝化了 {111}空位盘 (vacancy disk)的光学活动。参看，L. S. Hounsome 等"Origin of brown coloration in diamond”，Physical Review B73，125203 (2006)。270 和 370nm 吸收减少，同时 550nm 吸收 增加或者保持不变，这导致略带粉红色的褐色、橘褐色或者紫色。可以观察到550nm吸收带 与575和637nm NV中心发射带的镜像对称关系。这看起来证明了，550nm吸收由NV中心导 致。相应地，CVD钻石的粉色色调起因于NV中心，NV中心是稳定的。最好的颜色改进在高于1700度的温度下观察到，在该温度下褐色变成粉红色、无 色或者接近于无色、或者浅粉红色/绿色。一个可能的原因是，在更多的氢原子被的温度 下，空位更容易被氢捕获，同时稳定的NV中心被退火掉，因为Ns也被激发来在该温度下形 成聚合H3。另一可能的改变是氢的丧失。即使在更高的温度退后之后(1800-2200度)，也 可以观察到低强度的C-H伸缩振动吸收。这可能指示CH键的断裂。存在三个因素与CVD钻石的褐色相关联氮、空位和氢。如此生长的CVD钻石中 的褐色的亮度依赖于气体中的氮气的浓度。在如此生长的CVD钻石中、[N-V]°(575nm)和 [N-V]-(637nm)中心增加时，原始的PL强度褐色也加深。当钻石被退火至接近无色或者无色时，NV中心减少或者消失。褐色CVD钻石中的a-C:H峰在高温、低压下退火至各种良好分解的C-H伸缩带，且氢致电子跃迁吸收减少。a_C H峰和氢致电子跃迁吸收在无色的如此 生长的CVD钻石中非常低或者不存在。与CVD钻石的HPHT退火相比，高温、低压方法更加便宜。由于其涉及的试样的尺 寸这也是更灵活的，因为薄板在HPHT处理期间将开裂，且超过10立方厘米的大试样不能配 合在HPHT压力机中。除了颜色改进之外，高温低压退火工艺可以制造低氮杂质和高氮杂质 的钻石。这样的钻石的可能应用是量子计算机。粉色钻石被认为是量子计算机有希望的宿 主。NV_旋转提供了实际量子位所需的大部分，且已经被广泛用在量子计算的背景研究中。 基于吸收和发射，可以得出结论，CVD钻石的粉色来自于N-V中心。与如此生长的CVD钻石 相比，由高温、低压退火制造的粉色CVD钻石包含了增加强度的NV中心，而HPHT工艺将这 些中心退火掉。这样就可能通过高温、低压退火工艺来控制NV中心的强度。因此，高温低 压退火粉色CVD钻石必然是将来用于量子计算机的有希望的材料。在不背离本发明的精神或者主要特点的情况下本发明可以用几种不同的形式实 施，也必须理解上述的实施例不能被前述说明书的任何细节所限制，除非特别限定，而是应 该被广义理解成如所附权利要求限定的其精神和范围之内，因此，所有落入权利要求的边 界和范围之内的所有这些改动和修改、或者这些边界和范围的等同物将被所附权利要求所 包含。
权利要求
一种改进钻石的光学性能的方法，包括(i)将钻石的温度从大约1000度升高到大约2200度，以及(ii)将钻石的压力控制到钻石稳定场之外的大约5个大气压或者更小，其中在还原气氛中控制所述压力，以及其中所述钻石被保持在散热保持器中，所述散热保持器与和钻石的边缘相邻的钻石的侧表面热接触。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述散热保持器中用具有熔点高于 2500度的粉末包围所述钻石。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述粉末包括石墨。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述钻石是CVD钻石。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述CVD钻石是单晶CVD钻石。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述钻石的温度从大约1400度升高到大约2200度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力保持在大约1托和大约760托之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中使用来自于由下述构成的组的源来升高钻石的温 度微波、热丝、炉子、焊炬和烤箱源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中钻石的温度使用微波源升高。
10.根据权利要求5所述的方法，其中CVD钻石是涂布在另一材料上的单晶。
11.根据权利要求5所述的方法，其中所述单晶CVD钻石初始具有褐色且变成无色。
12.根据权利要求2所述的方法，其中所述散热保持器由钼构成。
13.—种制造所需光学质量的CVD钻石的方法，包括i)控制钻石的生长表面的温度，从而生长的钻石晶体的温度在900-1400度范围内，且 所述钻石被安装在由具有高熔点和高热导率的材料制成的散热保持器中，以最小化跨过所 述钻石的生长表面的温度梯度； )通过微波等离子化学气相沉积在沉积室内在钻石生长表面上生长钻石，所述沉积 室具有大于150托的气氛，其中所述气氛包括每单位H2从大约8%至超过30%的CH4，且包 括每单位CH4从大约小于2%至超过大约1000%的N2 ；iii)从所述沉积室移出生长的CVD钻石，同时仍然在散热保持器内；iv)在还原的气氛中、在钻石稳定场之外大约1至大约760托的压力下、将CVD钻石的 温度从大约1400度升高到大约2200度并持续从大约5秒至3小时的时间段。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在步骤iv)中，在将CVD钻石的温度从1400度升高到大约2200度之前，在散热保持器 中将所述钻石用具有高于2500度熔点的粉末包围。
15.一种用于制造所需光学质量的单晶CVD钻石的方法，包括i)控制钻石的生长表面的温度，从而生长的钻石晶体的温度在900-1400度范围之内， 且所述钻石被安装在由具有高熔点和高热导率的材料制成的散热保持器中，以最小化跨过 所述钻石的生长表面的温度梯度； )通过微波等离子化学气相沉积在沉积室内在钻石的生长表面上生长单晶钻石，所 述沉积室具有大于150托的气氛，其中所述气氛包括每单位H2从大约8%至超过大约30%的CH4,且包括每单位CH4从大约小于2%至超过大约1000%的N2 ；iii)从所述沉积室移出生长的单晶钻石；iv)通过权利要求6所述的方法改进钻石光学质量。
16.一种制造CVD钻石的方法，包括i)生长CVD钻石；i i)在还原气氛中在钻石稳定场之外大约1托至大约760托的压力下、将CVD钻石的 温度从大约1400度升高到2200度并持续从大约5秒至大约3小时的时间段。
17.一种通过如权利要求15所述的方法制造的单晶CVD钻石。
18.一种通过如权利要求16所述的方法制造的CVD钻石。
19.一种通过如权利要求15的方法制造的单晶CVD钻石，所述钻石具有F或者更低等 级的颜色。
20.一种如权利要求15所述的方法制造的单晶钻石，其中作为步骤iv)的结果，N-V中 心将增加或者减少或者消失或者光致发光光谱将由强H3中心支配。
21.一种如权利要求16所述的方法制造的单晶钻石，其中作为步骤ii)的结果，N-V中 心将增加或者减少或者消失或者将由光致发光光谱中的强H3中心支配。
22.一种通过如权利要求15所述的方法制造的单晶钻石，其中所述钻石具有在大约 3124，7357，7220，6856 和 6429cm-1 的红外吸收峰。
23.一种通过如去权利要求16所述的方法制造的单晶钻石，其中所述钻石具有在大约 3124，7357，7220，6856 和 6429cm-1 的红外吸收峰。
全文摘要
本发明涉及一种在低压下改进钻石光学性能的方法，具体而言，涉及一种制造具有所需光学质量的CVD钻石的方法，所述方法包括步骤生长CVD钻石；以及在还原的气氛中、钻石的稳定场之外的大约1托至大约760托的压力下将CVD钻石的温度从大约1400度升高到大约2200度并持续大约5秒至大约3小时的时间段。
文档编号C30B25/02GK101827959SQ200880110130
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月2日
发明者严智秀, 孟玉飞, 毛和光, 罗素·J·赫姆利 申请人:华盛顿卡耐基研究所