Окрашенный алмаз

Изобретение относится к технологии получения слоя декоративно окрашенного монокристаллического алмаза химическим осаждением из газовой фазы (ХОГФ), который может быть использован, например, для изготовления украшений. Способ получения слоя окрашенного монокристаллического алмаза включает стадию подготовки алмазной подложки, имеющей поверхность, которая, по существу, не содержит дефектов кристалличности, стадию подготовки исходного газа, стадию разложения исходного газа с получением атмосферы для синтеза, которая содержит от 0,5 до 500 част./млн. азота в расчете на молекулярный азот, и стадию гомоэпитаксиального роста алмаза на поверхности, по существу, свободной от дефектов кристаллической решетки. Изобретение позволяет получить слой алмаза значительной толщины (более 1 мм) с однородными характеристиками по всей толщине слоя, при этом необходимая окраска не ослабляется и не исчезает из-за наличия дефектов кристалличности. Для получения окраски нет необходимости в проведении последующей обработки после роста алмазного слоя. В дополнение, следствием свойств, формирующихся в процессе роста монокристаллического алмаза в условиях метода ХОГФ, является наличие полос поглощения при ˜350 нм и при ˜510 нм. Это важно для окончательно получаемой окраски, поскольку таких центров, определяющих окраску, нет в природных или других синтетических алмазах, что говорит об уникальности получаемой данным методом окраски. 5 н. и 35 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Слой монокристаллического алмаза, полученный методом химического осаждения из газовой фазы, указанный слой окрашен и его толщина составляет более 1 мм.

2. Слой монокристаллического алмаза по п.1, который обладает декоративной окраской.

3. Слой монокристаллического алмаза по п.2, в котором окраска является декоративной с преобладающим коричневым оттенком.

4. Слой монокристаллического алмаза по п.2, в котором окраска является декоративной окраской светло-оранжево-коричневого, оранжево-коричневого, розовато-коричневого, розово-коричневого или темно-коричневого цвета.

5. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.1-4, в котором угол, соответствующий оттенку цвета, составляет менее 80°.

6. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.1-4, в котором угол, соответствующий оттенку цвета, составляет менее 75°.

7. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.1-4, в котором угол, соответствующий оттенку цвета, составляет менее 70°.

8. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.1-4, в котором толщина составляет более 2 мм.

9. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.1-4, в котором толщина составляет более 3 мм.

10. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.1-4, который обладает одной или более характеристиками (i), (ii), (iii), наблюдаемыми для основной части слоя, которая включает, по меньшей, мере 55% суммарного объема слоя:

(i) основной объем слоя содержит один или более дефектов и связанных с наличием примеси центров окраски, которые вносят вклад в спектр поглощения алмаза, где вклад в коэффициент поглощения одного или более обозначенных значений длин волны представлен следующими характеристиками:

(а) пик при 270 нм: вклад в коэффициент поглощения при 270 нм в интервале 0,1 см^-1-30 см^-1; данный пик начинается при 220 нм и заканчивается при 325 нм и имеет максимум при 270 нм;

(б) полоса при 350 нм: вклад в коэффициент поглощения при 350 нм в интервале 0,3 см^-1-20 см^-1; данная полоса начинается при 270 нм и заканчивается при 450 нм и имеет максимум при 350 нм;

(в) полоса при 510 нм: вклад в коэффициент поглощения при 510 нм в интервале 0,1 см^-1-10 см^-1; данная полоса начинается при 420 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 510 нм;

(г) полоса при 570/637 нм: вклад в коэффициент поглощения при 570 нм в интервале 0,1 см^-1-5 см^-1; данная полоса начинается при 500 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 570 нм;

(д) наклонный участок: вклад в коэффициент поглощения при 510 нм при значении менее чем 3 см^-1; вклад наклонного участка в коэффициент поглощения имеет следующую приблизительную зависимость от длины волны: коэффициент поглощения (см^-1)=С×(длина волны в мкм)^-3, где С = постоянная;

(ii) основной объем слоя содержит центры, обусловленные наличием дефектов и примесей, которые вносят вклад в спектр люминесценции так, что нормализованная величина интенсивности люминесценции для нулевой фононной линии, измеренная способом с использованием возбуждения люминесценции аргоновым ионным лазером с длиной волны 514 нм при 77 К, соответствует одному или нескольким следующим критериям:

(а) нулевая фононная линия при 575 нм: нулевая фононная линия при 575 нм при 77 К имеет нормализованную величину интенсивности люминесценции в интервале 0,02-80; данный пик начинается при 570 нм и заканчивается при 680 нм и имеет максимум при 575 нм;

(б) нулевая фононная линия при 637 нм: нулевая фононная линия при 637 нм при 77 К имеет нормализованную величину интенсивности люминесценции в интервале 0,01-300; данный пик начинается при 635 нм и заканчивается при 800 нм и имеет максимум при 637 нм;

(iii) основной объем слоя алмаза, полученного методом химического осаждения из газовой фазы, характеризуется соотношением нормализованных значений люминесценции при 637 нм/575 нм, измеренных способом с использованием возбуждения люминесценции аргоновым ионным лазером с длиной волны 514 нм при 77 К, которое находится в интервале 0,2-10.

11. Слой монокристаллического алмаза по п.10, в котором основной объем включает, по меньшей мере, 80% суммарного объема слоя.

12. Слой монокристаллического алмаза по п.10, в котором основной объем включает, по меньшей мере, 95% суммарного объема слоя.

13. Слой монокристаллического алмаза по любому из пп.11-12, в котором основной объем слоя формируется в одном секторе роста.

14. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 270 нм в интервале 0,4 см^-1-10 см^-1 и соответствует пику при 270 нм, который начинается при 235 нм и заканчивается при 325 нм и имеет максимум при 270 нм.

15. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 270 нм в интервале 0,8 см^-1-6 см^-1 и соответствует пику при 270 нм, который начинается при 235 нм и заканчивается при 325 нм и имеет максимум при 270 нм.

16. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 350 нм в интервале 1,0 см^-1-8 см^-1 и соответствует полосе при 350 нм, которая начинается при 270 нм и заканчивается при 450 нм и имеет максимум при 350 нм.

17. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 350 нм в интервале 1,5 см^-1-6 см^-1 и соответствует полосе при 350 нм, которая начинается при 270 нм и заканчивается при 450 нм и имеет максимум при 350 нм.

18. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 510 нм в интервале 0,2 см^-1-4 см^-1 и соответствует полосе при 510 нм, которая начинается при 420 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 510 нм.

19. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 510 нм в интервале 0,4 см^-1-2 см^-1 и соответствует полосе при 510 нм, которая начинается при 420 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 510 нм.

20. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 570 нм в интервале 0,3 см^-1-3 см^-1 и соответствует полосе при 570/637 нм, которая начинается при 500 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 570 нм.

21. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 570 нм в интервале 0,3 см^-1-1,5 см^-1 и соответствует полосе при 570/637 нм, которая начинается при 500 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 570 нм.

22. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 510 нм, который меньше чем 1,5 см^-1 и соответствует наклонному участку, который имеет следующую приблизительную зависимость от длины волны: коэффициент поглощения (см^-1)=С×(длина волны в мкм)^-3, где С = постоянная.

23. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 510 нм, который меньше чем 0,8 см^-1 и соответствует наклонному участку, имеющему следующую приблизительную зависимость от длины волны: коэффициент поглощения (см^-1)=С×(длина волны в мкм)^-3, где С = постоянная.

24. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 575 нм в интервале 0,05 см^-1-60 см^-1 в кривой нормализованной величины люминесценции при 77К и соответствует пику при 575 нм, который начинается при 570 нм и заканчивается при 680 нм и имеет нулевой фотонный максимум при 575 нм.

25. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 575 нм в интервале 0,2 см^-1-40 см^-1 в кривой нормализованной величины люминесценции при 77К и соответствует пику при 575 нм, который начинается при 570 нм и заканчивается при 680 нм и имеет нулевой фотонный максимум при 575 нм.

26. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 637 нм в интервале 0,02 см^-1-200 см^-1 в кривой нормализованной величины люминесценции при 77К и соответствует пику при 637 нм, который начинается при 635 нм и заканчивается при 800 нм и имеет нулевую фононную линию при 637 нм.

27. Слой монокристаллического алмаза по п.10, где центр окраски, который вносит вклад в спектр поглощения алмаза, имеет коэффициент поглощения при 637 нм в интервале 0,03 см^-1-100 см^-1 в кривой нормализованной величины люминесценции при 77К и соответствует пику при 637 нм, который начинается при 635 нм и заканчивается при 800 нм и имеет нулевую фононную линию при 637 нм.

28. Слой монокристаллического алмаза по п.10, в котором соотношение нормализованных величин люминесценции 637 нм/575 нм находится в интервале от 0,5 до 8.

29. Слой монокристаллического алмаза по п.10, в котором соотношение нормализованных величин люминесценции 637 нм/575 нм находится в интервале от 2 до 5.

30. Слой монокристаллического алмаза, который является окрашенным и для основного объема которого, составляющего, по меньшей мере, 55% всего объема слоя, в спектре поглощения наблюдается низкорасположенный наклонный участок в форме кривой, возрастающей от ветви согласно зависимости: коэффициент поглощения наклонного участка (см^-1)=С×λ^-3,

где С = постоянная, λ в мкм,

при этом данный наклонный участок имеет коэффициент поглощения при 510 нм, который меньше чем 3 см^-1 и где основной объем содержит один или более дефектов или связанных с наличием примесей центров окраски, которые вносят вклад в спектр поглощения алмаза, где вклад в коэффициент поглощения одного или более обозначенных значений длины волны имеет следующие характеристики:

(а) пик при 270 нм: вклад в коэффициент поглощения при 270 нм в интервале 0,1 см^-1-30 см^-1; данный пик начинается при 220 нм и заканчивается при 325 нм и имеет максимум при 270 нм;

(б) полоса при 350 нм: вклад в коэффициент поглощения при 350 нм находится в интервале 0,3 см^-1-20 см^-1; данная полоса начинается при 270 нм и заканчивается при 450 нм и имеет максимум при 350 нм;

(в) полоса при 510 нм: вклад в коэффициент поглощения при 510 нм находится в интервале 0,1 см^-1-10 см^-1; данная полоса начинается при 420 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 510 нм;

(г) полоса при 570/637 нм: вклад в коэффициент поглощения при 570 нм находится в интервале 0,1 см^-1-5 см^-1; данная полоса начинается при 500 нм и заканчивается при 640 нм и имеет максимум при 570 нм.

31. Способ получения слоя окрашенного монокристаллического алмаза, включающий стадию подготовки алмазной подложки, имеющей поверхность, которая, по существу, не содержит дефектов кристалличности, стадию подготовки исходного газа, стадию разложения исходного газа с получением атмосферы для синтеза, которая содержит от 0,5 до 500 част./млн. азота вычислено в расчете на молекулярный азот, и стадию гомоэпитаксиального роста алмаза на поверхности, по существу, свободной от дефектов кристаллической решетки.

32. Способ по п.31, в котором атмосфера для синтеза содержит от 1 до 100 мин^-1 азота в расчете на молекулярный азот.

33. Способ по п.31, в котором атмосфера для синтеза содержит азот в количестве, подходящем для того, чтобы увеличить размеры сектора роста (100) и уменьшить размеры конкурирующих секторов роста.

34. Способ по любому из пп.31-33, в котором плотность дефектов является такой, что элементы поверхности, возникшие при травлении и связанные с наличием дефектов, имеют плотность ниже 5·l0³/мм².

35. Способ по любому из пп.31-33, в котором плотность дефектов является такой, что элементы поверхности, возникшие при травлении и связанные с формированием дефектов, имеют плотность ниже 10²/мм².

36. Способ по любому из пп.31-33, в котором поверхность или поверхности, на которых происходит рост алмаза методом химического осаждения из газовой фазы, выбирают из поверхностей (100), (110), 113) и (111).

37. Слой монокристаллического алмаза, полученный способом согласно любому из пп.31-36.

38. Ювелирный камень, полученный из слоя алмаза по любому из пп.1-30 и 37.

39. Ювелирный камень по п.38, обладающий показателем качества SI1 или более высоким.

40. Ювелирный камень по п.38, обладающий показателем качества VS1 или более высоким.