[发明专利]金刚石材料

权利要求书

1.一种制备具有高的化学纯度和高的同位素纯度的金刚石材料的方法，该方法包括：

提供具有基本无晶体缺陷的表面的金刚石基材；

提供包含高纯气体的源气体混合物，其中该源气体混合物中的氮浓度为约300ppb以下；

提供固体碳源，该固体碳源包含该源中总C含量的至少约99％的量的¹²C，其中该固体碳源具有低的氮杂质含量；

活化和/或解离至少部分的源气体混合物和固体碳源以形成气态碳物质；和

允许在所述基材表面上进行同质外延金刚石生长。

2.根据权利要求1的方法，其中所述固体碳源是金刚石。

3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中所述固体碳源提供了约80％以上的气态碳物质。

4.根据权利要求3的方法，其中所述固体碳源提供了基本上约100％的气态碳物质。

5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中以下条件中的至少一种得到满足：

(i)基材的温度为约800℃-约1000℃；和

(II)将氧以总源气体混合物的约0.5体积％-约5体积％的量加入到该源气体中，所述量按O₂当量测得。

6.根据权利要求5的方法，其中条件(i)得到满足。

7.根据权利要求5或权利要求6的方法，其中条件(ii)得到满足。

8.一种制备具有高的化学纯度和高的同位素纯度的金刚石材料的方法，该方法包括：

提供具有基本无晶体缺陷的表面的金刚石基材；

提供包含高纯气体和碳源气体的源气体混合物，其中所述高纯气体对该源气体混合物中总氮水平贡献了约300ppb以下，所述碳源气体包含该碳源气体中总C含量的至少约99％的量的¹²C并含有约20ppm以下量的氮杂质；

将该源气体解离；和

允许在所述表面上进行同质外延金刚石生长，其中以下条件中的至少一种得到满足：

(a)基材的温度为约800℃-约1000℃；和

(b)将氧以总源气体混合物的约0.5体积％-约5体积％的量加入到该源气体中，所述量按O₂当量测得。

9.根据权利要求8的方法，其中条件(a)得到满足。

10.根据权利要求8和权利要求9的方法，其中条件(b)得到满足。

11.根据权利要求8-10中任一项的方法，其中所述碳源气体包含约5ppm以下的量的氮杂质。

12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述基材表面基本上是{100}、{110}或{111}表面。

13.根据前述权利要求中任一项的方法，该方法包括加工金刚石材料的表面以形成基本无晶体缺陷的表面的其它步骤。

14.根据权利要求13的方法，其中加工所述金刚石材料的表面以形成具有约50nm以下的粗糙度R_q的表面。

15.根据权利要求13或权利要求14的方法，其中通过机械抛光加工所述表面。

16.根据权利要求13-15中任一项的方法，其中通过蚀刻加工所述表面。

17.根据权利要求16的方法，其中所述蚀刻为Ar/Cl₂蚀刻。

18.根据权利要求15的方法，包括在主体材料的加工表面上方生长主体材料的其它层，其中所述其它层具有约100μm以下的厚度。

19.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在金刚石材料中形成至少一个分离的NV中心。

20.根据权利要求19的方法，其中所述NV中心通过氮离子注入、氮原子注入或含氮离子注入而形成。

21.根据权利要求19的方法，其中使所述NV中心生长入金刚石材料中。

22.根据前述权利要求中任一项的方法，该方法包括在约600-约900℃温度下退火约0.1-约16小时时间段的其它步骤。