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　　申请号：201380042784.8
       申请人：六号元素技术有限公司
       发明人：G·T·威廉姆斯 J·M·道德森 P·N·因吉斯 C·J·凯利

       摘要：一种制造聚晶CVD合成金刚石材料的方法，该聚晶CVD合成金刚石材料具有至少2000Wm-1K-1的通过其厚度的室温平均热导率，该方法包括：将难熔金属基底装入CVD反应器中；在难熔金属基底的周边区域周围设置难熔金属护圈，所述难熔金属护圈限定出介于所述难熔金属基底边缘和难熔金属护圈之间的具有1.5mm到5.0mm宽度的间隙；将微波引入CVD反应器中，其功率使得按所述难熔金属基底单位面积的功率计的功率密度在2.5-4.5Wmm-2的范围内；将工艺气体引入CVD反应器中，其中所述CVD反应器内的工艺气体包含：以分子氮N2计算的在600ppb到1500ppb范围内的氮浓度、1.5-3.0体积％的含碳气体浓度和92-98.5体积％的氢气浓度；将所述难熔金属基底的平均温度控制在750-950℃的范围内，并且维持所述难熔金属基底上的边缘和中心点之间的温度差不超过80℃；在所述难熔金属基底上生长聚晶CVD合成金刚石材料达到至少1.3mm的厚度；并且冷却所述聚晶CVD合成金刚石材料以产生具有至少1.3mm厚度的聚晶CVD合成金刚石材料，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的至少2000Wm-1K-1的通过所述聚晶CVD合成金刚石材料厚度的室温平均热导率，其中所述中心区域是所述聚晶CVD合成金刚石材料的总面积的至少70％，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的单取代氮浓度不超过0.80ppm，并且其中所述聚晶CVD合成金刚石材料在其至少中心区域上是基本没有裂纹的，以致于所述中心区域没有与所述聚晶CVD合成金刚石材料的两个外部主面相交且延伸长度大于2mm的裂纹。

       主权利要求：1.一种制造聚晶CVD合成金刚石材料的方法，所述聚晶CVD合成金刚石材料具有至少2000Wm-1K-1的通过其厚度的室温平均热导率，所述方法包括：将难熔金属基底装入CVD反应器中；在难熔金属基底的周边区域周围设置难熔金属护圈，所述难熔金属护圈限定出介于所述难熔金属基底边缘和所述难熔金属护圈之间的具有1.5mm到5.0mm宽度的间隙；将微波引入CVD反应器中，其功率使得按所述难熔金属基底单位面积的功率计的功率密度在2.5-4.5Wmm-2的范围内；将工艺气体引入CVD反应器中，其中所述CVD反应器内的工艺气体包含：以分子氮N2计算的在600ppb到1500ppb范围内的氮浓度、1.5-3.0体积％的含碳气体浓度和92-98.5体积％的氢气浓度；将所述难熔金属基底的平均温度控制在750-950℃的范围内，并且维持所述难熔金属基底上的边缘和中心点之间的温度差不超过80℃；在所述难熔金属基底上生长聚晶CVD合成金刚石材料达到至少1.3mm的厚度；并且冷却所述聚晶CVD合成金刚石材料以产生具有至少1.3mm厚度的聚晶CVD合成金刚石材料，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的至少2000Wm-1K-1的通过所述聚晶CVD合成金刚石材料厚度的室温平均热导率，其中所述中心区域是所述聚晶CVD合成金刚石材料的总面积的至少70％，在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的单取代氮浓度不超过0.80ppm，并且其中所述聚晶CVD合成金刚石材料在其至少中心区域上是基本没有裂纹，以致于所述中心区域没有与所述聚晶CVD合成金刚石材料的两个外部主面相交且延伸长度大于2mm的裂纹。
       2.根据权利要求1的方法，其中所述难熔金属基底的直径在60mm至120 mm、80mm至110mm、90mm至110mm、或95mm至105mm的范围内。 
       3.根据权利要求1或2的方法，其中所述难熔金属基底边缘与所述难熔金 属护圈之间的间隙具有2.0mm至4.0mm、或2.5mm至3.5mm范围内的宽度。 
       4.根据任一前述权利要求的方法，其中，按照分子氮N2计算，CVD反应器 内的工艺气体中的氮浓度在700ppb至1300ppb、800ppb至1200ppb、或 900ppb至1100ppb的范围内。 
       5.根据任一前述权利要求的方法，其中CVD反应器内的工艺气体的含碳气 体浓度在1.6至2.5体积％、1.7至2.3体积％、或1.8至2.1体积％的范围内。 
       6.根据任一前述权利要求的方法，其中CVD反应器内的工艺气体的氢气浓 度在94至97体积％或95至96体积％的范围内。 
       7.根据任一前述权利要求的方法，其中将所述难熔金属基底的平均温度控 制在775℃至900℃、800℃至875℃、或820℃至860℃的范围内。 
       8.根据任一前述权利要求的方法，其中所述难熔金属基底的边缘和中心点 之间的温度差不大于60℃、40℃、20℃、或10℃。 
       9.根据任一前述权利要求的方法，其中所述功率密度在2.75至4.25W mm-2、3.0至4.0Wmm-2、3.2至3.8Wmm-2、或3.3至3.6Wmm-2的范围内。 
       10.根据任一前述权利要求的方法，其中将聚晶CVD合成金刚石材料生长 期间的操作压力控制在100至300托、150至250托、175至225托、或195 至205托的范围内。 
       11.一种聚晶CVD合成金刚石材料，其包含： 在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的至少2000Wm-1K-1的通 过所述聚晶CVD合成金刚石材料厚度的室温平均热导率，其中所述中心区域是 所述聚晶CVD合成金刚石材料的总面积的至少70％；以及 在所述聚晶CVD合成金刚石材料的至少中心区域上的不超过0.80ppm的单 取代氮浓度； 其中所述聚晶CVD合成金刚石材料的厚度为至少1.3mm；以及 其中所述聚晶CVD合成金刚石材料在至少中心区域上基本没有裂纹，以致 于所述中心区域没有与所述聚晶CVD合成金刚石材料的两个外部主面相交且延 伸长度大于2mm的裂纹。 
       12.根据权利要求11的聚晶CVD合成金刚石材料，其中通过所述聚晶CVD 合成金刚石材料厚度的室温平均热导率为至少2025Wm-1K-1、2050Wm-1K-1、2075 Wm-1K-1、2100Wm-1K-1、2125Wm-1K-1、或2150Wm-1K-1。 
       13.根据权利要求11或12的聚晶CVD合成金刚石材料，其中通过所述聚 晶CVD合成金刚石材料厚度的室温平均热导率小于2200Wm-1K-1、2180Wm-1K-1、 2175Wm-1K-1、或2160Wm-1K-1。 
       14.根据权利要求11-13任一项的聚晶CVD合成金刚石材料，其中所述聚 晶CVD合成金刚石材料的生长原态直径在60mm至120mm、80mm至110mm、 90mm至110mm、或95mm至105mm的范围内。 
       15.根据权利要求11-14任一项的聚晶CVD合成金刚石材料，其中所述厚 度为至少1.5mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm、2.75 mm、3.0mm、3.25mm、或3.5mm。 
       16.根据权利要求11-15任一项的聚晶CVD合成金刚石材料，其中所述单 取代氮的浓度不大于0.70ppm、0.60ppm、0.50ppm、或0.45ppm。 
       17.根据权利要求11-16任一项的聚晶CVD合成金刚石材料，其中所述单 取代氮的浓度不小于0.10ppm、0.20ppm、0.30ppm、或0.35ppm。 
       18.根据权利要求11-17任一项的聚晶CVD合成金刚石材料，其中所述中 心区域的直径是所述聚晶CVD合成金刚石材料的生长原态直径的至少75％、80％、 85％、90％、95％、或99％。