ES2652129T3

ES2652129T3 - Aparato de deposición química de vapor asistida por plasma de microondas

Info

Publication number: ES2652129T3
Application number: ES13721420.1T
Authority: ES
Inventors: Devi Shanker Misra
Original assignee: IIA Technologies Pte Ltd
Current assignee: IIA Technologies Pte Ltd
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: DK2836622T3; KR20150020537A; JP2015518088A; US10184192B2; WO2013154504A2; US20150059647A1; WO2013154504A3; EP2836622A2; SG11201406391YA; CN104321461A; EP2836622B1; KR101722478B1; PT2836622T; CN104321461B; US20130272928A1; JP6046237B2

Abstract

Un aparato (50) para cultivar diamantes, comprendiendo el aparato: una o más cámaras (52), estando cada cámara (52) en conexión fluida con una o más otras cámaras (52), comprendiendo cada cámara uno o más conjuntos de plataforma de sustrato (32) dentro de la cámara para soportar una plataforma de sustrato (10) , en donde el conjunto de plataforma de sustrato (32) comprende una placa (35), dicha plataforma de sustrato (10) y un reflector periférico (34); estando soportados la plataforma de sustrato (10) y el reflector periférico (34) en la parte superior de la placa (35), caracterizado por que las cámaras (52) están dispuestas en serie con tubos de flujo de gas (56) entre cada cámara, o las cámaras están dispuestas en una red de manera que cada cámara está conectada a una cámara adyacente, para permitir el flujo de gas entre las cámaras.

Description

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DESCRIPCION

Aparato de deposicion qulmica de vapor asistida por plasma de microondas Campo de la invencion

La invencion se refiere al cultivo de diamantes monocristalinos as! como de diamantes libres de inclusiones graflticas y no graflticas en un aparato capaz de efectuar la deposicion qulmica de vapor con microondas asistida por plasma. Ademas, la invencion tambien se refiere al cultivo de diamantes de color blanco usando un conjunto de plataformas de sustrato que controla la proporcion de las moleculas de metano gaseoso y de los iones/radicales de metilo excitados en la fase gaseosa en el plasma.

Antecedentes

Los diamantes artificiales de cristal unico tienen potencial para varias aplicaciones cientlficas, industriales y comerciales, por ejemplo, en joyerla, en disipadores de calor, en dispositivos electronicos, en ventanas de laser, en ventanas opticas, en detectores de partlculas y en dispositivos de computacion cuantica. Como la demanda comercial de diamantes de cristal unico aumenta con los anos, es esencial aumentar la produccion de diamantes de cristal unico de clasificacion optica y cientlfica de alta calidad sin comprometer la calidad del diamante de cristal unico. De hecho, el requisito de calidad en los cristales unicos para aplicaciones en productos cientlficos es muy estricto, especialmente para los dispositivos semiconductores y detectores de partlculas. Los defectos, inclusiones, llmites de grano microscopicos, otras orientaciones son algunos defectos destacados en los diamantes de cristal unico y deben caracterizarse profundamente en los detalles.

Hasta ahora, la tecnica anterior ha utilizado una camara de deposicion en la que se suministran gases adecuados tales como metano, hidrogeno y otros gases como nitrogeno, oxlgeno y diborano para cultivar diamantes de cristal unico, saliendo los gases de escape a la atmosfera. Los gases se descomponen en varias formas ionicas y radicales usando un campo electrico de microondas intenso a una frecuencia de 2,45 GHz. Las impurezas se incorporan a menudo a la estructura de diamante desde las tuberlas de gas, las camaras y otras fuentes de contamination. Sin embargo, un punto importante a senalar es que la eficiencia de la descomposicion de los gases en su forma ionica es sustancialmente baja y quizas no se tenga en cuenta que el escape aun puede contener los gases constituyentes para un mayor crecimiento del diamante. Ademas, la composition del gas tambien se purifica tras pasar a traves de la fase de plasma ya que el plasma habrla eliminado la mayorla de las impurezas. Es el esfuerzo para comprender esto y utilizar este hecho fundamental al que se dirige la presente invencion.

En la patente de Estados Unidos N.° 3.030.187 se divulgo un proceso de cultivo de granos policristalinos de diamante. Desde entonces, se han ideado diversas tecnicas de deposicion qulmica de vapor (CVD, por sus siglas en ingles, Chemical Vapor Deposition) para producir diamantes policristalinos y monocristalinos, mediante las que se utilizan el metano y el hidrogeno como gases precursores. La funcion del metano es garantizar el suministro de carbono en la fase gaseosa, mientras que el hidrogeno desempena una funcion importante en la estabilizacion de la fase de diamante. La patente de Estados Unidos 4 466 380 A describe un aparato de CVD de microondas con una pluralidad de camaras de deposicion conectadas entre si. El diamante policristalino, a pesar de tener propiedades similares a los diamantes monocristalinos, no es un material recomendado para nuevas aplicaciones industriales debido a la presencia de llmites de grano y defectos contenidos en el. Ademas, la conductividad termica de un diamante policristalino es inferior a la de un diamante monocristalino. Ademas, los llmites de grano en diamantes policristalinos desempenan una funcion de deterioro e inhiben la exhibition de las propiedades superiores exclusivas de los diamantes naturales porque los llmites de grano actuan como centros de dispersion. La presencia de los llmites de grano en diamantes policristalinos es un gran inconveniente en aplicaciones industriales.

En consecuencia, existe una clara preferencia por usar diamantes monocristalinos en aplicaciones industriales. Sin embargo, es diflcil cultivar diamantes monocristalinos con la misma textura, claridad, pureza y acabado que los de un diamante natural. Aunque el diamante monocristalino tiene propiedades superiores en comparacion con el diamante policristalino, las inclusiones graflticas y no graflticas microscopicas y macroscopicas, las nieblas (defectos de llnea larga) son muy comunes en el diamante monocristalino cultivado con CVD.

La caracterizacion detallada de defectos en el diamante monocristalino cultivado con CVD puede realizarse por espectroscopla Raman y por difraccion de rayos X (XRD, por sus siglas en ingles, X-ray diffraction) que revela los defectos que comprenden regiones graflticas que tienen un tamano en el intervalo de submicrometros a varios micrometres contenidas en el mismo.

La existencia de inclusiones graflticas y no graflticas en el diamante monocristalino producido por deposicion qulmica de vapor (diamante CVD) puede deberse a la presencia de metano sin reaccionar en la camara de deposicion. Casi todas las tecnicas emplean una mezcla de gases metano e hidrogeno para la produccion CVD de diamante. El gas metano se descompone electricamente y da lugar a la formation de compuestos de grupos metilo excitados (iones CH3+) debido al campo electrico de microondas de 2,45 GHz de frecuencia. La descarga electrica de los gases metano e hidrogeno forma un plasma caliente que consiste en iones CH3+, hidrogeno atomico,

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iones H2+ y una concentracion significativa de electrones. La region de plasma de la tecnica anterior tiene una forma sustancialmente elipsoide y envuelve por completo el conjunto de plataformas de sustrato.

Las plataformas de sustrato de la tecnica anterior generalmente estan hechas de molibdeno en forma de disco plano que se utiliza como pedestal para cargar las semillas de diamante (sustratos) de tamanos que varlan desde 1 mm*1 mm a 10 mm*10 mm y que tienen un espesor de 1 mm a 3 mm segun sea el caso. El pedestal tambien puede estar hecho de tungsteno o de cualquier otro metal adecuado. A medida que los iones de metilo alcanzan el sustrato a una temperatura de 900 °C, su movilidad es alta y comienzan a formar una red de diamantes unidos por enlaces sp3 en presencia de una alta concentracion de hidrogeno. El llmite (periferia externa) de la region de plasma puede contener el gas metano molecular neutro y puede descomponerse termicamente. La descomposicion termica del metano se produce a 800 °C y el resultado de la descomposicion termica es la formation de hollln de carbon negro que puede inducir las impurezas graflticas y no graflticas en el deposito de diamantes.

Un objetivo de la presente invention es proporcionar una plataforma de sustrato que proporcione uniformidad del campo electrico de microondas y aumente la concentracion de iones CH3+ en la region de plasma y reduzca la proportion de metano sin reaccionar en la region de plasma. La plataforma de sustrato tambien asegura que la corriente de calor fluya de tal manera que la temperatura de la periferia de la plataforma sea mucho mas baja que la del resto del pedestal. Como resultado, puede evitarse por completo la formacion de hollln de carbon.

Sumario de la invencion

De acuerdo con la presente invencion, se proporciona un aparato para cultivar diamantes, como se establece en la reivindicacion 1, y un metodo para cultivar diamantes, como se establece en la reivindicacion 12.

Breve descripcion de los dibujos

Esto generalmente describe la invencion, pero para ayudar con la comprension, ahora se hara referencia a los dibujos adjuntos que muestran las realizaciones preferidas de la invencion.

En los dibujos:

la figura 1 muestra una vista esquematica de un aparato para cultivar diamantes de calidad gema de acuerdo con la primera realization de la invencion;

la figura 2 muestra una vista esquematica de una camara del aparato como se muestra en la figura 1 de acuerdo con la primera realizacion de la invencion;

la figura 3 muestra una plataforma de sustrato a utilizar en una camara de acuerdo con la primera realizacion de la presente invencion;

la figura 4 muestra una vista en section transversal de la plataforma de sustrato de la figura 3;

la figura 5 muestra una vista esquematica de un aparato para cultivar diamantes de calidad gema de acuerdo con

la segunda realizacion de la invencion;

la figura 6 muestra una vista esquematica de un aparato para cultivar diamantes de calidad gema de acuerdo con la tercera realizacion de la invencion.

Descripcion detallada

La figura 1 muestra una vista esquematica de un aparato para el cultivo de diamantes de calidad gema de acuerdo con la primera realizacion de la presente invencion y la figura 2 muestra una vista mas detallada de parte del aparato de la figura 1 de acuerdo con la primera realizacion de la presente invencion.

De acuerdo con una realizacion preferida de la presente invencion, el aparato comprende una o mas camaras, cada camara esta en conexion fluida con una o mas camaras diferentes. En una primera realizacion de la presente invencion como se muestra en la figura 1, el aparato 50 comprende una serie de camaras 52 dispuestas en serie con tubos de flujo de gas 56 entre cada camara. Un suministro de gas suministra gases a una primera camara 52a a traves de una entrada de gas 54. Una bomba de vaclo 58 dispuesta despues de la camara final 52g evacua todas las camaras y aspira a traves de la serie de camaras los gases de proceso, como se analiza a continuation, desde la entrada de gas 54 en la primera camara 52a.

Cada camara 52 tiene uno o mas conjuntos de plataforma de sustrato 32 y una disposition de microondas 37.

De acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion como se muestra en la figura 1, durante la aplicacion, los gases suministrados se utilizan en secuencia con el gas que sale de la primera camara convirtiendose en la entrada para la segunda camara. El vaclo en todas las camaras se crea mediante la misma bomba de vaclo 58. El gas usado se extrae por la salida de gas 62. Cada camara tiene sus propios medios de medicion de presion 60 independientes adaptados para medir la presion dentro de la camara. Como la pureza del gas mejora significativamente a medida que pasa a traves de cada camara, la calidad del diamante mejora significativamente y da lugar a la creation de cristales unicos de diamante libres de defectos. Mediante esta invencion, es posible

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conectar varias camaras de esta manera. Los medios de medicion (no mostrados) pueden fijarse a la camara y adaptarse para medir la relacion de calidad del gas dentro de la camara. Se sostiene que el numero de camaras alcanzarla un numero maximo una vez que la relacion de calidad del gas en la ultima camara alcance un cierto nivel. Por lo tanto, si puede determinarse el numero maximo de camaras, puede evitarse el exceso de camaras.

La composicion del gas puede formularse de tal manera que los diamantes se cultivan en cada camara con una tasa de crecimiento similar y al conservar el coste, puede cultivarse una mayor cantidad de diamantes con un rendimiento mayor.

Se afirma que es posible una reduccion del coste de fabricacion del diamante de alta calidad y una reduccion en la cantidad de emision de gases de escape mediante la reutilizacion de los gases suministrados a las camaras de la manera mencionada anteriormente. Siempre que el numero de camaras no supere el numero maximo, que esta determinado por los medios de medicion, los gases pueden reutilizarse. Los gases pueden reutilizarse canalizandolos desde una camara a una o mas camaras precedentes.

La figura 2 muestra una camara para la produccion de diamante de calidad gema libre de inclusiones de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion.

En la primera realizacion de la presente invencion, la camara 52 tiene una caja 30 adaptada para alojar un conjunto de plataforma de sustrato 32 en su interior. En otras realizaciones, la camara puede comprender 2 o mas conjuntos de plataforma de sustrato. El conjunto de plataforma de sustrato 32 comprende una plataforma de sustrato 10 como se explica a continuacion con mas detalle y un reflector periferico 34. El reflector periferico 34 comprende un cuerpo cillndrico alrededor de la plataforma de sustrato 10 y esta separado lateralmente del borde elevado periferico 13 de la plataforma de sustrato 10. El reflector periferico 34 que puede funcionar como una pantalla termica se utiliza en el exterior de la plataforma de sustrato 10 de modo que la plataforma de sustrato 10 puede alcanzar la temperatura requerida para un valor apropiado de potencia para la camara. La plataforma de sustrato 10 y el reflector periferico 34 estan soportados sobre una placa de metal 35 que se enfrla mediante un refrigerante fluido tal como agua, nitrogeno llquido, etc. La placa 35 esta hecha de un metal con alta conductividad termica, como cobre, molibdeno, etc.

El reflector periferico 34 se utiliza principalmente para contener el calor y tiene una funcion menor de contener los campos electricos de microondas. Su construccion es un anillo anular circular muy fino hecho de molibdeno con una superficie interior brunida para la contencion de calor. Se mantiene a aproximadamente 2,5 mm de la plataforma de sustrato 10. Como la contencion de calor es efectiva, puede alcanzarse la temperatura del sustrato a una potencia de microondas menor y mejorar el perfil de potencia de la maquina.

La disposicion de microondas 37 para suministrar potencia de microondas a la camara 52 genera una microonda de 2,45 GHz y dirige la energla de microondas a la camara 52 en la region de la plataforma de sustrato 10 para formar una region de plasma esferoidal achatada 14. Los gases que se analizan a continuacion se anaden a la camara 52 para formar los diamantes. El gas se proporciona desde un suministro de gas o desde una camara previa en la serie de camaras a traves del orificio 56a y se extrae de la camara a una camara posterior a traves del orificio 56b.

En las figuras 3 y 4 se muestra una primera realizacion de una plataforma de sustrato para su uso dentro de la serie de camaras de acuerdo con la presente invencion.

La nueva plataforma de sustrato 10 y el conjunto de plataforma de sustrato 32 para controlar la temperatura de los diferentes sectores de la plataforma de sustrato esta disenada de manera que la descomposicion termica del gas metano se controla en la proximidad de los sustratos y el campo electrico es uniforme en toda la region de la ubicacion de los sustratos.

Se afirma que la periferia de la plataforma de sustrato 10 esta a una temperatura mucho mas baja que la del volumen de la plataforma de sustrato 10 y, por lo tanto, se reduce significativamente la formacion del hollln de carbon.

La plataforma de sustrato 10 tiene una base plana sustancialmente circular 12 y un borde elevado periferico 13 a la base 12. El borde elevado periferico 13 define una superficie de recepcion de sustrato rebajada central 15. La superficie de recepcion de sustrato rebajada central 15 es sustancialmente plana. El borde elevado periferico 13 comprende un borde exterior 13a y un borde interior 13b y el borde interior 13b comprende un bisel 24 que se extiende hacia abajo de la superficie de recepcion de sustrato rebajada 15.

En uso, las semillas de diamante 19 que pueden variar en tamano entre 1 mm*1 mm y 10 mm*10 mm y que tienen un espesor que varla de 1 mm a 3 mm se colocan en un conjunto o matriz sobre la superficie de recepcion de sustrato rebajada central 15 como se analiza con mas detalle a continuacion.

El borde elevado periferico 13 a la base comprende una superficie superior 13c y una superficie inferior 13d. En una primera realizacion de esta invencion, el borde elevado periferico 13 comprende una acanaladura anular 18a, 18b en al menos una de las superficies superior e inferior 13c y 13d, respectivamente. En otra realizacion de la presente

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invencion, existen acanaladuras anulares 18a y 18b en las dos superficies superior e inferior 13c y 13d, respectivamente.

Se cargan multiples semillas de diamante en una region rebajada 21 en la superficie de recepcion de sustrato rebajada central 15. El tamano uniforme de las semillas de diamante que van desde 1 mm*1 mm y 10*10 mm y que tiene un espesor que varla de 1 mm a 3 mm se coloca en un diseno de matriz. Cuando la potencia de microondas se acopla a la camara en presencia de gas hidrogeno, se forma una region de plasma 14 (vease la figura 2) y toda la region de soporte se calienta a una temperatura de 900 °C a 1200 °C. En la periferia de la region rebajada 21, la superficie conica o biselada 24 ayuda a gestionar la forma de la region de plasma 14. Especlficamente, el bisel 24 define un borde afilado superior, que es el borde interior 13b, y un borde afilado inferior 17, como se muestra en la figura 3. Se afirma que el borde afilado superior y el borde afilado inferior conjuntamente ayudan a definir y mantener la forma y las propiedades deseadas de la region de plasma 14.

De acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion, la plataforma de sustrato 10 esta hecha de molibdeno. El molibdeno tiene una alta conductividad termica que ayuda a mantener una temperatura uniforme en la base 12.

La periferia exterior 16 de la plataforma de sustrato 10 esta aislada del volumen principal del conjunto mediante las acanaladuras anulares o ranuradas 18 que estan preferentemente en ambas superficies superior e inferior de la plataforma de sustrato 10. La conduccion de calor hacia la periferia exterior es menor debido a la pestana estrecha 20 y, como resultado, la temperatura de la periferia exterior 16 es menor que la del volumen del conjunto de plataforma 12. Se afirma que la reduccion de la temperatura de la periferia evita la descomposicion termica del metano y, por lo tanto, la formacion de impurezas de carbono.

La presencia de la acanaladura ranurada 18 y del borde biselado 24 proporciona uniformidad al aumentar la concentracion de iones CH3+ en la region de plasma y al reducir la proporcion de metano sin reaccionar en la region del plasma. La plataforma de sustrato 10 tambien proporciona estabilidad al plasma al intensificar el campo electrico de la radiacion de microondas en la region. Por ultimo, pero no menos importante, la plataforma de sustrato 10 asegura que la corriente de calor fluya de tal manera que la temperatura de la periferia de la plataforma sea mucho mas baja que la del resto del pedestal.

Un objetivo de la presente invencion es producir diamante libre de inclusiones, preferentemente diamante de calidad gema, usando la plataforma de sustrato 10 de manera que se evite la descomposicion termica del gas metano en la region en la que se encuentran las semillas de diamante.

En una primera realizacion de la invencion, se utilizan gases que contienen metano, hidrogeno, nitrogeno y diborano como precursores para el proceso de deposition qulmica de vapor asistida por plasma de microondas. La concentracion dominante de los gases en la camara es metano e hidrogeno. Preferentemente, el flujo de gas hidrogeno es de 800 sccm (centlmetros cubicos estandar por minuto) y del gas metano es de 55 sccm. El plasma de estos gases se genera en la region 14 por encima de la plataforma de sustrato 10. Como el campo electrico sera intenso en los bordes afilados, el plasma es mas estable y uniforme en la configuration descrita de la plataforma de sustrato 10.

La figura 5 muestra una vista esquematica de un aparato para la fabrication de diamantes de calidad gema de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion, en el que una pluralidad de camaras estan interconectadas a traves de tubos de flujo de gas para formar una red. Algunos componentes del aparato de fabricacion de diamantes 550 son sustancialmente los mismos que los del aparato de fabricacion de diamantes 50 y, por lo tanto, la description anterior con respecto a la figura 1 sera suficiente para describir los componentes numerados de la misma manera en la figura 5. Por ejemplo, la entrada de gas 54, los tubos de flujo de gas 56, la disposition de microondas 37, el conjunto de plataforma de sustrato 32, el aparato de medicion de presion 60 y la bomba de vaclo 58 son sustancialmente los mismos que los descritos en la figura 1.

Como se muestra en la figura 5, las camaras 52a1, 52a2, 52a3 y una bomba de vaclo 58 estan dispuestas en serie con los tubos de flujo de gas 56 entre medias, para formar una primera derivation en una red de camaras. Las camaras 52b1, 52b2, 52b3 y las camaras 52c1, 52c2, 52c3 estan dispuestas de forma similar para formar una segunda derivacion y una tercera derivacion, respectivamente. La primera derivacion, la segunda derivacion y la tercera derivacion se ejecutan en paralelo entre si. Ademas, se suministran gases a cada derivacion desde una tuberla de gas principal 500 a traves de cada entrada de gas 54. La tuberla de gas principal 500, la primera derivacion, la segunda derivacion y la tercera derivacion juntas forman la red de camaras, en la que fluyen los gases.

La figura 6 muestra una vista esquematica de un aparato para la fabricacion de diamantes de calidad gema de acuerdo con la tercera realizacion de la invencion, en el que una pluralidad de camaras estan interconectadas mediante tubos de flujo de gas para formar otra red. Algunos componentes del aparato de fabricacion de diamantes 650 son sustancialmente los mismos que los del aparato de fabricacion de diamantes 50 y 550 y, por lo tanto, la descripcion anterior con respecto a la figura 1 y a la figura 5 sera suficiente para describir los componentes numerados de la misma manera en la figura 6. Por ejemplo, la entrada de gas 54, los tubos de flujo de gas 56, la

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disposicion de microondas 37, el conjunto de plataforma de sustrato 32, el aparato de medicion de presion 60 y la bomba de vacio 58 son sustancialmente los mismos que los descritos en la figura 1. En otra realizacion, la tuberia de gas principal 500 es sustancialmente la misma que la descrita en la figura 5.

Como se muestra en la figura 6, las camaras 52a1, 52a2 y una bomba de vacio 58a estan dispuestas en serie y conectadas mediante tubos de flujo de gas 56 para permitir el flujo de gas entre las camaras. Por lo tanto, las camaras 52a1, 52a2 y la bomba de vacio 58a forman una primera derivacion en una red de camaras. Una bomba de vacio 58b esta acoplada a una camara 52b1 en serie, de modo que las dos juntas forman una segunda derivacion en la red de camaras. Un tubo de flujo de gas 56s en la primera derivacion esta acoplado a una entrada de gas 54s de una camara 52b1 en la segunda derivacion para permitir el flujo de gas entre las derivaciones. La tuberia de gas principal 500, la primera derivacion y la segunda derivacion juntas forman la red de camaras, entre las que fluyen los gases. Debe entenderse que una red de camaras puede comprender cualquier numero de derivaciones y una derivacion puede comprender cualquier cantidad de camaras y el numero de derivaciones en una red y el numero de camaras en una derivacion depende de las capacidades del sistema de bomba de vacio y del sistema de suministro de gas.

Ademas, se afirma que, aunque se requiere una cantidad relativamente pequena de nitrogeno, debe haber al menos algo de gas nitrogeno en combinacion con gas diborano para estar presente en los gases suministrados durante el proceso de CVD para aumentar la tasa de crecimiento de los diamantes depositados mediante un proceso de CVD. Ademas, al usar cantidades muy pequenas de nitrogeno y en combinacion con el diborano, el color y la claridad de los cristales de diamante pueden mejorar notablemente. Se afirma que la presencia de boro en la estructura de diamante que contiene atomos de nitrogeno hara que el diamante de color marron amarillento se vuelva incoloro, convirtiendolo en un diamante de calidad gema.

Un metodo para cultivar diamante monocristalino usando una plataforma de sustrato de acuerdo con una primera realizacion de la invention que implica un proceso de CVD que utiliza plasma de microondas es el siguiente.

El diamante se cultiva sobre una semilla de diamante 19 que puede variar en tamano entre 1 mm*1 mm y 10 mm*10 mm y que tiene un espesor que varia de 1 mm a 3 mm. El metodo se lleva a cabo en una camara de plasma de microondas.

Se determina la orientation cristalografica de las semillas de diamante 19 y las semillas de diamante 19 que tienen una orientacion distinta de {100} se rechazan. Las semillas de diamante 19 que tienen una orientacion de {100} se pulen hasta un acabado optico con rugosidad en el orden de la longitud de onda de la luz visible en preparation para el proceso de CVD.

Una vez que las semillas de diamante 19 estan dispuestas dentro de la camara 52, la temperatura dentro de la camara 52 se aumenta desde la temperatura ambiente a una temperatura en el intervalo de 750 °C a 1200 °C y la presion dentro de la camara se reduce a una presion en el intervalo de 120 mbar a 160 mbar.

La camara se alimenta con gases adecuados para el cultivo de diamantes y los gases comprenden metano (CH4), hidrogeno (H2), nitrogeno (N2) en combinacion con diborano (B2H6) y helio (He) y estos gases pasan a traves de cada una de las camaras a un caudal de gas de 30 l/h.

El gas nitrogeno en combinacion con el gas diborano se suministra en una cantidad que comprende de 0,0001 a 0,1 % en volumen de los gases equilibrados para el cultivo de diamantes. Para la mezcla optima de nitrogeno y diborano, la tasa de crecimiento del diamante es de aproximadamente 18-20 micrometres por hora.

Se aplica un campo electrico para rodear las semillas de manera que el plasma se genera a partir de los gases en la camara 52. El campo electrico se genera mediante un magnetron que funciona a 6000 vatios y a 2,45 GHz. El campo electrico generado hace que el gas hidrogeno se ionice, formando plasma en la proximidad de las semillas de diamante 19. En estas condiciones de proceso, el diamante se hace crecer en las semillas de diamantes 19.

El patron de crecimiento del diamante es escalonado y, por lo tanto, permite que el diamante crezca sustancialmente libre de defectos y de impurezas.

Para un experto en la materia es evidente que pueden realizarse muchas modificaciones, alternativas y variaciones a la realizacion preferida de la presente invencion como se ha descrito anteriormente sin apartarse del alcance de la presente invencion. En consecuencia, se pretende abarcar todas las modificaciones, alternativas y variaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones incluidas.

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato (50) para cultivar diamantes, comprendiendo el aparato:

una o mas camaras (52), estando cada camara (52) en conexion fluida con una o mas otras camaras (52), comprendiendo cada camara uno o mas conjuntos de plataforma de sustrato (32) dentro de la camara para soportar una plataforma de sustrato (10) ,

en donde el conjunto de plataforma de sustrato (32) comprende una placa (35), dicha plataforma de sustrato (10) y un reflector periferico (34); estando soportados la plataforma de sustrato (10) y el reflector periferico (34) en la parte superior de la placa (35), caracterizado por que

las camaras (52) estan dispuestas en serie con tubos de flujo de gas (56) entre cada camara, o las camaras estan dispuestas en una red de manera que cada camara esta conectada a una camara adyacente, para permitir el flujo de gas entre las camaras.
2. El aparato de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la camara comprende ademas una disposition de microondas (37) para suministrar energla de microondas a la camara (52), generando la disposicion de microondas opcionalmente una microonda de 2,45 GHz y dirigiendo la energla de microondas a la camara de vaclo en el region de la plataforma de sustrato (10) para formar una region de plasma esferoidal achatada (14).
3. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la camara tiene una caja (30) adaptada para alojar el conjunto de plataforma de sustrato (32) en su interior.
4. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la plataforma de sustrato (10) comprende:

una base plana sustancialmente circular (12);

un borde elevado periferico (13) a la base, definiendo de este modo el borde elevado periferico una superficie de reception de sustrato rebajada central (15), siendo la superficie de reception de sustrato rebajada central sustancialmente plana, comprendiendo el borde elevado periferico (13) a la base un borde interior (13b) y un borde exterior (13a), comprendiendo el borde interior (13b) un bisel (24).
5. El aparato de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que el borde elevado periferico comprende una acanaladura anular (18a).
6. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 4 o 5, en el que el borde elevado periferico comprende una superficie superior (13c) y una superficie inferior (13d) y el borde elevado periferico comprende una acanaladura anular (18a, 18b) en al menos una de las superficies superior o inferior.
7. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que el reflector periferico (34) comprende un cuerpo cillndrico alrededor de la plataforma de sustrato (10) y el reflector periferico esta separado lateralmente del borde elevado periferico (13) de la plataforma de sustrato (10).
8. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el bisel (24) define un borde afilado superior y un borde afilado inferior, ayudando conjuntamente el borde afilado superior y el borde afilado inferior a definir una region de plasma en uso.
9. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que la plataforma de sustrato (10) esta hecha de molibdeno.
10. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que la periferia exterior de la plataforma de sustrato (10) esta aislada del volumen principal del conjunto de plataforma de sustrato (32) mediante las acanaladuras anulares o ranuradas que estan preferentemente en las superficies superior e inferior de la plataforma de sustrato.
11. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende ademas uno o mas de:

un suministro de gas dispuesto antes de la primera camara (52a) del aparato y adaptado para suministrar gases para formar diamantes en las camaras (52);

una bomba de vaclo (58) dispuesta despues de la camara final (52g) del aparato y adaptada para evacuar todas las camaras y aspirar a traves de la serie de camaras los gases de proceso desde la entrada de gas a la primera camara;

un medio de medicion fijado en cada una de las camaras del aparato y adaptado para medir la relation de calidad del gas dentro de la camara; y

un medio de medicion de presion (60) que esta fijado en cada una de las camaras del aparato y adaptado para medir la presion dentro de la camara.

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12. Un metodo de cultivo de diamantes, que comprende:

proporcionar un aparato (50) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; crear vaclo en las camaras (52);

suministrar gases a las camaras de modo que la pureza del gas mejore a medida que pasa a traves de cada camara;

medir la presion dentro de las camaras;

medir la relacion de calidad del gas dentro de las camaras;

formular la composicion de los gases para que los diamantes crezcan en cada camara con una tasa de crecimiento similar.