申請號：201380042784.8
       申請人：六號元素技術有限公司
       發明人：G·T·威廉姆斯 J·M·道德森 P·N·因吉斯 C·J·凱利

       摘要：一種制造聚晶CVD合成金剛石材料的方法，該聚晶CVD合成金剛石材料具有至少2000Wm-1K-1的通過其厚度的室溫平均熱導率，該方法包括：將難熔金屬基底裝入CVD反應器中；在難熔金屬基底的周邊區域周圍設置難熔金屬護圈，所述難熔金屬護圈限定出介于所述難熔金屬基底邊緣和難熔金屬護圈之間的具有1.5mm到5.0mm寬度的間隙；將微波引入CVD反應器中，其功率使得按所述難熔金屬基底單位面積的功率計的功率密度在2.5-4.5Wmm-2的范圍內；將工藝氣體引入CVD反應器中，其中所述CVD反應器內的工藝氣體包含：以分子氮N2計算的在600ppb到1500ppb范圍內的氮濃度、1.5-3.0體積％的含碳氣體濃度和92-98.5體積％的氫氣濃度；將所述難熔金屬基底的平均溫度控制在750-950℃的范圍內，并且維持所述難熔金屬基底上的邊緣和中心點之間的溫度差不超過80℃；在所述難熔金屬基底上生長聚晶CVD合成金剛石材料達到至少1.3mm的厚度；并且冷卻所述聚晶CVD合成金剛石材料以產生具有至少1.3mm厚度的聚晶CVD合成金剛石材料，在所述聚晶CVD合成金剛石材料的至少中心區域上的至少2000Wm-1K-1的通過所述聚晶CVD合成金剛石材料厚度的室溫平均熱導率，其中所述中心區域是所述聚晶CVD合成金剛石材料的總面積的至少70％，在所述聚晶CVD合成金剛石材料的至少中心區域上的單取代氮濃度不超過0.80ppm，并且其中所述聚晶CVD合成金剛石材料在其至少中心區域上是基本沒有裂紋的，以致于所述中心區域沒有與所述聚晶CVD合成金剛石材料的兩個外部主面相交且延伸長度大于2mm的裂紋。

       主權利要求：1.一種制造聚晶CVD合成金剛石材料的方法，所述聚晶CVD合成金剛石材料具有至少2000Wm-1K-1的通過其厚度的室溫平均熱導率，所述方法包括：將難熔金屬基底裝入CVD反應器中；在難熔金屬基底的周邊區域周圍設置難熔金屬護圈，所述難熔金屬護圈限定出介于所述難熔金屬基底邊緣和所述難熔金屬護圈之間的具有1.5mm到5.0mm寬度的間隙；將微波引入CVD反應器中，其功率使得按所述難熔金屬基底單位面積的功率計的功率密度在2.5-4.5Wmm-2的范圍內；將工藝氣體引入CVD反應器中，其中所述CVD反應器內的工藝氣體包含：以分子氮N2計算的在600ppb到1500ppb范圍內的氮濃度、1.5-3.0體積％的含碳氣體濃度和92-98.5體積％的氫氣濃度；將所述難熔金屬基底的平均溫度控制在750-950℃的范圍內，并且維持所述難熔金屬基底上的邊緣和中心點之間的溫度差不超過80℃；在所述難熔金屬基底上生長聚晶CVD合成金剛石材料達到至少1.3mm的厚度；并且冷卻所述聚晶CVD合成金剛石材料以產生具有至少1.3mm厚度的聚晶CVD合成金剛石材料，在所述聚晶CVD合成金剛石材料的至少中心區域上的至少2000Wm-1K-1的通過所述聚晶CVD合成金剛石材料厚度的室溫平均熱導率，其中所述中心區域是所述聚晶CVD合成金剛石材料的總面積的至少70％，在所述聚晶CVD合成金剛石材料的至少中心區域上的單取代氮濃度不超過0.80ppm，并且其中所述聚晶CVD合成金剛石材料在其至少中心區域上是基本沒有裂紋，以致于所述中心區域沒有與所述聚晶CVD合成金剛石材料的兩個外部主面相交且延伸長度大于2mm的裂紋。
       2.根據權利要求1的方法，其中所述難熔金屬基底的直徑在60mm至120 mm、80mm至110mm、90mm至110mm、或95mm至105mm的范圍內。 
       3.根據權利要求1或2的方法，其中所述難熔金屬基底邊緣與所述難熔金 屬護圈之間的間隙具有2.0mm至4.0mm、或2.5mm至3.5mm范圍內的寬度。 
       4.根據任一前述權利要求的方法，其中，按照分子氮N2計算，CVD反應器 內的工藝氣體中的氮濃度在700ppb至1300ppb、800ppb至1200ppb、或 900ppb至1100ppb的范圍內。 
       5.根據任一前述權利要求的方法，其中CVD反應器內的工藝氣體的含碳氣 體濃度在1.6至2.5體積％、1.7至2.3體積％、或1.8至2.1體積％的范圍內。 
       6.根據任一前述權利要求的方法，其中CVD反應器內的工藝氣體的氫氣濃 度在94至97體積％或95至96體積％的范圍內。 
       7.根據任一前述權利要求的方法，其中將所述難熔金屬基底的平均溫度控 制在775℃至900℃、800℃至875℃、或820℃至860℃的范圍內。 
       8.根據任一前述權利要求的方法，其中所述難熔金屬基底的邊緣和中心點 之間的溫度差不大于60℃、40℃、20℃、或10℃。 
       9.根據任一前述權利要求的方法，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的范圍內。 
       10.根據任一前述權利要求的方法，其中將聚晶CVD合成金剛石材料生長 期間的操作壓力控制在100至300托、150至250托、175至225托、或195 至205托的范圍內。 
       11.一種聚晶CVD合成金剛石材料，其包含： 在所述聚晶CVD合成金剛石材料的至少中心區域上的至少2000Wm-1K-1的通 過所述聚晶CVD合成金剛石材料厚度的室溫平均熱導率，其中所述中心區域是 所述聚晶CVD合成金剛石材料的總面積的至少70％；以及 在所述聚晶CVD合成金剛石材料的至少中心區域上的不超過0.80ppm的單 取代氮濃度； 其中所述聚晶CVD合成金剛石材料的厚度為至少1.3mm；以及 其中所述聚晶CVD合成金剛石材料在至少中心區域上基本沒有裂紋，以致 于所述中心區域沒有與所述聚晶CVD合成金剛石材料的兩個外部主面相交且延 伸長度大于2mm的裂紋。 
       12.根據權利要求11的聚晶CVD合成金剛石材料，其中通過所述聚晶CVD 合成金剛石材料厚度的室溫平均熱導率為至少2025Wm-1K-1、2050Wm-1K-1、2075 Wm-1K-1、2100Wm-1K-1、2125Wm-1K-1、或2150Wm-1K-1。 
       13.根據權利要求11或12的聚晶CVD合成金剛石材料，其中通過所述聚 晶CVD合成金剛石材料厚度的室溫平均熱導率小于2200Wm-1K-1、2180Wm-1K-1、 2175Wm-1K-1、或2160Wm-1K-1。 
       14.根據權利要求11-13任一項的聚晶CVD合成金剛石材料，其中所述聚 晶CVD合成金剛石材料的生長原態直徑在60mm至120mm、80mm至110mm、 90mm至110mm、或95mm至105mm的范圍內。 
       15.根據權利要求11-14任一項的聚晶CVD合成金剛石材料，其中所述厚 度為至少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.根據權利要求11-15任一項的聚晶CVD合成金剛石材料，其中所述單 取代氮的濃度不大于0.70ppm、0.60ppm、0.50ppm、或0.45ppm。 
       17.根據權利要求11-16任一項的聚晶CVD合成金剛石材料，其中所述單 取代氮的濃度不小于0.10ppm、0.20ppm、0.30ppm、或0.35ppm。 
       18.根據權利要求11-17任一項的聚晶CVD合成金剛石材料，其中所述中 心區域的直徑是所述聚晶CVD合成金剛石材料的生長原態直徑的至少75％、80％、 85％、90％、95％、或99％。