单晶合成金刚石材料的制作方法

技术特征：
1.单晶化学气相沉积cvd金刚石材料，包含：至少5ppm的总氮浓度；和至少0.7的中性单一替位氮n
s0
与总单一替位氮n
s
之比。2.根据权利要求1所述的单晶cvd金刚石材料，其中中性单一替位氮n
s0
与总单一替位氮n
s
之比为至少0.8。3.根据权利要求1或权利要求2所述的单晶cvd金刚石材料，其中总氮浓度选自至少10ppm和至少15ppm中的任何项。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的单晶cvd金刚石材料，其中单晶cvd金刚石材料具有选自100nm至4mm、200nm至1mm或500nm至50μm中任何项的厚度。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的单晶cvd金刚石材料，在20℃的温度下具有低的光学双折射，指示低的应变，使得在至少3mm
×
3mm的区域上测量的样品中，对于98％的分析区域，样品保持第一有序(δ不超过π/2)，和δn
[平均]
的最大值，在样品厚度上求平均的平行于慢轴和快轴偏振的光的折射率之差的平均值不超过5
×
10
‑5。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的单晶金刚石材料，其中单晶金刚石材料具有均匀的应变，使得在至少1
×
1mm的区域上，至少90％的点显示小于200khz的nv共振的应变诱发偏移系数，其中所述区域中每个点是50μm2的分辨区域。7.根据权利要求6所述的单晶金刚石材料，其中nv共振的应变诱发偏移系数选自小于150khz、小于100khz、小于50khz和小于25khz中的任何项。8.根据权利要求6或7中的任一项所述的单晶金刚石材料，其中该区域在单晶金刚石材料的中心70％内，并且在所述区域内不存在一系列大于1000个具有超过150khz的nv共振线的应变诱导偏移系数的连续点。9.根据权利要求8所述的单晶金刚石材料，其中在所述区域内不存在一系列大于500个具有超过150khz的nv共振线的应变诱导偏移系数的连续点。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的单晶cvd金刚石材料，其中单晶cvd金刚石材料的总体积选自至少0.04mm3、0.07mm3和0.1mm3中的任何项。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的单晶cvd金刚石材料，其中辐照和退火单晶cvd金刚石材料，其中nv
‑
缺陷的浓度和退相干时间t
2*
的乘积为至少2.0ppm.μs、优选2.5ppm.μs、优选3ppm.μs、优选5ppm.μs。12.单晶金刚石复合体，包含根据权利要求1至11中的任何项的单晶cvd金刚石材料的第一层，和具有总氮浓度小于第一层的总氮浓度的单晶金刚石材料的第二层。13.根据权利要求12所述的单晶金刚石复合体，其中单晶金刚石的第二层包含任何iia型hpht单晶金刚石、退火hpht单晶金刚石、天然单晶金刚石和cvd单晶金刚石。14.制造根据权利要求1至11中的任何项的单晶cvd金刚石的方法，该方法包括：将单晶金刚石基材定位在化学气相沉积反应器内基材架上方；将工艺气体进给至反应器，该工艺气体包含60至200ppm氮、含碳气体、和氢，其中含碳气体中的碳原子与氢气中的氢原子之比为0.5至1.5％；和在单晶金刚石基材的表面上生长单晶cvd金刚石材料。15.根据权利要求14所述的方法，其中含碳气体中的碳原子与氢气中的氢原子之比不大于1.0％。
16.根据权利要求14或15所述的方法，该方法还包括将多个单晶金刚石基材定位在基材架上方。17.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，还包括辐照和退火金刚石材料以提高金刚石材料中的nv
‑
缺陷数。18.根据权利要求14至17中的任一项所述的方法，其中单晶金刚石基材具有小于5ppm的总氮浓度。19.根据权利要求14至18中的任一项所述的方法，还包括在单晶金刚石基材的表面上生长单晶cvd金刚石材料之前向金刚石基材施加掩模。20.根据权利要求14至20中的任一项所述的方法，其中含碳气体中的碳包含至少99％
12
c，至少99.9％
12
c，和至少99.99％
12
c中的任何项。21.分析金刚石的方法，该方法包括：测量金刚石的光学性质，测量结果包含任何c*或l*；和根据经验将测量的光学性质映射到n
s0
与n
s
之比。

技术总结
单晶CVD金刚石材料，包含至少5ppm的总氮浓度和至少0.7的中性单一替位氮N


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：六号元素技术有限公司
技术研发日：2020.03.30
技术公布日：2021/9/21