Алмазный материал оптического качества - RU2005119631A

Реферат

1. Монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОПФ, который при комнатной температуре (номинально 20°С) обладает по меньшей мере одной из следующих характеристик:

I) высокой оптической однородностью такой, при которой прошедший волновой фронт отличается от ожидаемого геометрического волнового фронта при прохождении через алмаз с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, обработанный до необходимой плоскостности, при измерении на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3, мм менее чем на 2 полосы, где 1 полоса соответствует разнице длины оптического пути, равной¹/₂ длины волны 633 нм, на которой выполняют измерение;

II) низким оптическим двулучепреломлением, свидетельствующим о низкой деформации, таким, что в образце с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, при измерении способом, описанным в настоящем изобретении, на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, модуль синуса сдвига фаз |sin δ| для по меньшей мере 98% исследованной площади образца остается первого порядка (δ не превышает π/2) и |sin δ| не превышает 0,9;

III) низким оптическим двулучепреломлением, свидетельствующим о низкой деформации, таким, что в образце с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм при измерении способом, описанным в настоящем изобретении, на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм для 100% исследованной площади двулучепреломление остается первого порядка (δ не превышает π/2), и максимальная величина среднего значения Δn_[average] разницы показателя преломления света, поляризованного параллельно медленной и быстрой осям, усредненной по всей толщине образца, не превышает 1,5·10^-4;

IV) эффективным показателем преломления, который в образце с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм при измерении способом, описанным в настоящем изобретении на точно определенной площади, составляющей по меньшей мере 1,3·1,3 мм, имеет величину 2,3964 при точности ±0,002;

V) комбинацию оптических свойств такую, что алмазная пластина, изготовленная из алмазного материала в форме эталона с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, при измерении лучом лазера с длиной волны вблизи 1,55 мкм и номинальным диаметром 1,2 мм на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, имеет область свободной дисперсии, которая в различных участках пластины различается менее чем на 5·10^-3 см^-1;

VI) комбинацию оптических свойств такую, что алмазная пластина, изготовленная из алмазного материала в форме твердотельного эталона Фабри-Перо с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм при измерении лучом лазера с длиной волны вблизи 1,55 мкм и номинальным диаметром 1,2 мм на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, не содержащей покрытий на оптически подготовленных поверхностях, имеет контрастной отношение на различных участках пластины, превышающее 1,5;

VII) комбинацию оптических свойств такую, что вносимые потери алмазной пластины, изготовленной из алмазного материала в форме эталона с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, при измерении лучом лазера с длиной волны вблизи 1,55 мкм и номинальным диаметром 1,2 мм на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, не превышают 3 дБ;

VIII) изменением показателя преломления в исследуемом объеме, содержащем слой с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, который при измерении способом, описанным в настоящем изобретении на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, составляет меньше, чем 0,002.

2. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, для которого прошедший волновой фронт отличается от ожидаемого геометрического волнового фронта меньше, чем на 0,5 полосы.

3. Монокристаллический алмазный материал по п.2, полученный методом ХОПФ, у которого прошедший волновой фронт отличается от ожидаемого геометрического волнового фронта меньше, чем на 0,2 полосы.

4. Монокристаллический алмазный материал по п.4, полученный методом ХОПФ, у которого модуль синуса сдвига фазы |sin δ| для по меньшей мере 98% исследованной площади остается первого порядка и не превышает 0,4.

5. Монокристаллический алмазный материал по п.4, полученный методом ХОПФ, у которого модуль синуса сдвига фазы |sin δ| для 100% исследованной площади остается в первом порядке и Δn_[average] не превышает 5·10^-5.

6. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, который имеет величину эффективного показателя преломления, равную 2,3964 при точности ±0, 001.

7. Монокристаллический алмазный материал по п.6, полученный методом ХОПФ, который имеет величину эффективного показателя преломления, равную 2,39695 при точности ±0,0005.

8. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, который имеет область свободной дисперсии, которая при измерении на различных участках материала изменяется менее чем на 2·10^-3 см.

9. Монокристаллический алмазный материал по п.8, полученный методом ХОПФ, у которого область свободной дисперсии изменяется менее чем на 5· 10^-4 см.

10. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, который имеет разброс значений показателя преломления внутри объема, ограниченного точно определенной толщиной и точно определенной площадью, при измерении способом, описанным в настоящем изобретении, меньше, чем 0,001.

11. Монокристаллический алмазный материал по п.10, полученный методом ХОПФ, который имеет разброс значений показателя преломления меньше, чем 0,0005.

12. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, который, если из него изготовить алмазную пластину в форме твердотельного эталона Фабри-Перо, имеет контрастное отношение, измеренное на различных участках пластины с точно определенной толщиной и точно определенной площадью, превышающее 1,7.

13. Монокристаллический алмазный материал по п.12, полученный методом ХОПФ, который имеет контрастное отношение, превышающее 1,8.

14. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, который, если из него изготовить алмазную пластину в форме твердотельного эталона Фабри-Перо, имеет вносимые потери, измеренные лучом лазера с длиной волны вблизи 1,55 мкм на различных участках пластины с точно определенными толщиной и поверхностью, не превышающие 1 дБ.

15. Монокристаллический алмазный материал по п.14, полученный методом ХОПФ, в котором вносимые потери не превышают 0,5 дБ.

16. Монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОПФ, который при комнатной температуре (номинально 20°С) имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик:

I) низкое и однородное оптическое рассеяние такое, что прямое рассеяние на 1,064 мкм для образца с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,4 мм, измеренное способом, описанном в настоящем изобретении, на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, интегрированное внутри пространственного угла от 3,5 до 87,5° от прошедшего луча, составляет меньше, чем 0,4%;

II) низкое и однородное оптическое поглощение такое, что коэффициент оптического поглощения на длине волны 1,06 мкм образца с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, меньше, чем 0,09 см^-1;

III) низкое и однородное оптическое поглощение такое, что коэффициент оптического поглощения на длине волны 10,6 мкм образца с точно определенной толщиной по меньшей мере 0,5 мм, меньше, чем 0,04 см^-1.

17. Монокристаллический алмазный материал по п.16, полученный методом ХОПФ, для которого прямое рассеяние 1,064 мкм, измеренное для образца с точно определенной толщиной и площадью и интегрированное внутри пространственного угла от 3,5 до 87,5° от прошедшего луча, меньше, чем 0,2%.

18. Монокристаллический алмазный материал по п.17, полученный методом ХОПФ, который имеет прямое рассеяние на 1,064 мкм меньше, чем 0,1%.

19. Монокристаллический алмазный материал по п.16, полученный методом ХОПФ, для которого коэффициент поглощения на длине волны 1,06 мкм меньше, чем 0,05 см^-1.

20. Монокристаллический алмазный материал по п.19, полученный методом ХОПФ, для которого коэффициент поглощения на длине волны 1,06 мкм меньше, чем 0,02 см^-1.

21. Монокристаллический алмазный материал по п.16, полученный методом ХОПФ, для которого коэффициент поглощения на длине волны 10,6 мкм меньше, чем 0, 03 см^-1.

22. Монокристаллический алмазный материал по п.21, полученный методом ХОПФ, для которого коэффициент поглощения на длине волны 10,6 мкм меньше, чем 0,027 см^-1.

23. Монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОПФ, который при комнатной температуре (номинально 20°С) имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик:

I) способность подвергаться обработке, обеспечивающей высокую степень полировки поверхности, характеризующейся значением R_a (среднее арифметическое абсолютного отклонения от средней линии профиля), измеренным на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, меньшим, чем 2 нм;

II) способность подвергаться обработке, обеспечивающей высокую плоскостность, которая при измерении на точно определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм с использованием излучения 633 нм, лучше, чем 10 полос;

III) способность подвергаться обработке, обеспечивающей высокую параллельность, которая при измерении на строго определенной площади по меньшей мере 1,3×1,3 мм, лучше, чем 1 угловая минута.

24. Монокристаллический алмазный материал по п.23, полученный методом ХОПФ, который может быть обработан до поверхности с R_a меньше, чем 1 нм.

25. Монокристаллический алмазный материал по п.24, полученный методом ХОПФ, который может быть обработан до поверхности с R_a меньше, чем 0,6 нм.

26. Монокристаллический алмазный материал по п.23, полученный методом ХОПФ, который может быть обработан до плоскостности лучшей, чем 1 полоса.

27. Монокристаллический алмазный материал по п.26, полученный методом ХОПФ, который может быть обработан до плоскостности лучше, чем 0,3 полосы.

28. Монокристаллический алмазный материал по п.23, полученный методом ХОПФ, который может быть обработан до параллельности лучше, чем ±30 арксек.

29. Монокристаллический алмазный материал по п.28, полученный методом ХОПФ, который может быть обработан до параллельности лучше, чем ±15 арксек.

30. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16 и 23, полученный методом ХОПФ, который имеет по меньшей мере две указанные характеристики.

31. Монокристаллический алмазный материал по п.1, полученный методом ХОПФ, который имеет по меньшей мере три указанные характеристики.

32. Монокристаллический алмазный материал по п.31, полученный методом ХОПФ, который имеет по меньшей мере четыре указанные характеристики.

33. Монокристаллический алмазный материал по п.16, полученный методом ХОПФ, который имеет все три указанные характеристики.

34. Монокристаллический алмазный материал по п.23, полученный методом ХОПФ, который имеет все три указанные характеристики.

35. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16 и 23, полученный методом ХОПФ, для которого точно определенная площадь образца для каждой из соответствующих характеристик, если приведена, составляет по меньшей мере 2,5×2,5 мм.

36. Монокристаллический алмазный материал по п.35, полученный методом ХОПФ, для которого точно определенная площадь образца для каждой из соответствующих характеристик, если приведена, составляет по меньшей мере 4×4 мм.

37. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16 и 23, полученный методом ХОПФ, для которого точно определенная толщина образца для каждой из соответствующих характеристик, если приведена, составляет по меньшей мере 0,8 мм.

38. Монокристаллический алмазный материал по п.37, полученный методом ХОПФ, для которого точно определенная толщина образца для каждой из соответствующих характеристик, если приведена, составляет по меньшей мере 1,2 мм.

39. Монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОПФ, который имеет механическую прочность, измеряемую способом, описанным в настоящем изобретении, такую, что по меньшей мере 70% тестируемых образцов из по меньшей мере восьми разрушаются при воздействии по меньшей мере 2,5 ГПа.

40. Монокристаллический алмазный материал по п.39, полученный методом ХОПФ, для которого по меньшей мере 70% тестируемых образцов из по меньшей мере восьми разрушаются при воздействии по меньшей мере 3,0 ГПа.

41. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, у которого интенсивность линий люминесценции 575 и 637 нм, нормализованная относительно рамановской линии, меньше, чем 40.

42. Монокристаллический алмазный материал по п.41, полученный методом ХОПФ, у которого интенсивность линий люминесценции 575 и 637 нм, нормализованная относительно рамановской линии, меньше, чем 10.

43. Монокристаллический алмазный материал по п.42, полученный методом ХОПФ, у которого интенсивность линий люминесценции 575 и 637 нм, нормализованная относительно рамановской линии, меньше, чем 3.

44. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, у которого теплопроводность, измеренная при 20°С выше, чем 1800 Втм^-1К^-1.

45. Монокристаллический алмазный материал по п.44, полученный методом ХОПФ, у которого теплопроводность, измеренная при 20°С выше, чем 2300 Втм^-1К^-1.

46. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, в форме пластины с противоположными основными гранями, которая готова к использованию, со средним направлением дислокаций в пластине, составляющем более чем 30° с нормалью к основным граням.

47. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1, 16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, который был отожжен, и отжиг является частью процесса приготовления.

48. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, который был отожжен после приготовления.

49. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, имеющий форму механического слоя или оптического слоя, или ограненного драгоценного камня.

50. Монокристаллический алмазный материал по п.49, полученный методом ХОПФ, имеющий форму ограненного драгоценного камня.

51. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, размеры которого превышают по меньшей мере один из следующих:

а) поперечный размер 1 мм;

б) второй ортогональный поперечный размер 1 мм;

в) толщину 0,1 мм.

52. Монокристаллический алмазный материал по п.51, полученный методом ХОПФ, поперечный размер которого превышает 5 мм.

53. Монокристаллический алмазный материал по п.51, полученный методом ХОПФ, толщина которого превышает 0,8 мм.

54. Монокристаллический алмазный материал по п.51, полученный методом ХОПФ, размеры которого превышают по меньшей мере два из указанных в (а)-(в).

55. Монокристаллический алмазный материал по п.54, полученный методом ХОПФ, размеры которого превышают все три указанные в (а)-(в).

56. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, для применения в оптическом приборе или элементе или как оптический прибор или элемент.

57. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, в котором по данным ЭПР одиночных атомов азота в положении замещения меньше, чем 5·10¹⁷ атом/см³.

58. Монокристаллический алмазный материал по п.57, полученный методом ХОПФ, в котором по данным ЭПР одиночных атомов азота в положении замещения меньше, чем 2·10¹⁷ атом/см³.

59. Монокристаллический алмазный материал по одному из пп.1,16, 23 и 39, полученный методом ХОПФ, в котором по данным ЭПР одиночных атомов азота в положении замещения больше, чем 3·10¹⁵ атом/см³.

60. Монокристаллический алмазный материал по п.59, полученный методом ХОПФ, в котором по данным ЭПР одиночных атомов азота в положении замещения больше, чем 1·10¹⁶ атом/см³.

61. Монокристаллический алмазный материал по п.60, полученный методом ХОПФ, в котором по данным ЭПР одиночных атомов азота в положении замещения больше, чем 5·10¹⁶ атом/см³.

62. Способ получения монокристаллического алмаза материала, предназначенного для применения в оптике, заключающийся в том, что подготавливают подложку алмаза, имеющую поверхность в основном свободную от кристаллических дефектов, приготавливают исходный газ, путем диссоциации исходного газа создают атмосферу для синтеза с содержанием азота, в пересчете на молекулярный азот, от 300 до 5 част./млн и проводят гомоэпитаксиальным рост алмаза на поверхности кристалла в основном свободной от дефектов.

63. Способ по п.62, в котором содержание азота в атмосфере, где проходит синтез, в пересчете на молекулярный азот больше, чем 500 част./млрд.

64. Способ по п.63, в котором содержание азота в атмосфере, где проходит синтез, в пересчете на молекулярный азот больше, чем 800 част./млрд.

65. Способ по одному из пп.62-64, в котором содержание азота в атмосфере, где проходит синтез, в пересчете на молекулярный азот не больше, чем 2 част./млн.

66. Способ по п.65, в котором содержание азота в атмосфере, где проходит синтез, в пересчете на молекулярный азот не больше, чем 1,5 част./млн.

67. Способ по п.62, в котором содержание азота выбирают достаточным для предотвращения или уменьшения образования дефектов, приводящих к локальной деформации, и в тоже время достаточно низким, чтобы предотвратить или уменьшить нежелательное поглощение и ухудшение качества кристалла.

68. Способ по п.62, в котором плотность дефектов такая, что количество признаков травления поверхности, относящихся к дефектам, меньше, чем 5·10³/мм²

69. Способ по п.68, в котором плотность дефектов такая, что количество признаков травления поверхности, относящихся к травлению, меньше, чем 10²/мм².

70. Способ по п.62, в котором рост алмаза методом ХОПФ происходит на поверхности {100} алмазной подложки.

71. Способ по п.62, в котором содержание азота определяют с погрешностью меньшей, чем 300 част./млрд (мольная доля в общем газовом объеме) или 10% от целевого значения в газовой фазе, при этом выбирают то значение, которое больше.

72. Способ по одному из п.71, в котором содержание азота определяют с погрешностью меньшей, чем 100 част./млрд (мольная доля в общем газовом объеме) или 3% от целевого значения в газовой фазе, при этом выбирают то значение, которое больше.

73. Способ по одному из п.72, в котором содержание азота определяют с погрешностью меньшей, чем 50 част./млрд (мольная доля в общем газовом объеме) или 2% от целевого значения в газовой фазе, при этом выбирают то значение, которое больше.

74. Способ по п.62, в котором свойства полученного монокристаллического алмазного материала дополнительно улучшены отжигом алмазного материала.

75. Монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОПФ в соответствии со способом по одному из пп.62-74.

76. Эталон, изготовленный из монокристаллического алмазного материала по пп.1-61 и 75, полученного методом ХОПФ.

77. Эталон по п.76, который является эталоном Фабри-Перо или эталоном Жире-Турнуа.