Разработка технологии синтеза алмазных микропорошков без металлов-катализаторов при высоком давлении и температуре Номер проекта 25-19-00240

Проект направлен на развитие методики синтеза алмазных микропорошков и субмикропорошков (0.1-40 мкм), применяемых для шлифовки и полировки пластин карбида кремния, использующихся для изготовления полупроводниковых компонентов устройст силовой электроники. Предлагаемый метод синтеза алмазных микропорошков при высоком давлении и высокой температуре (7 ГПа, 1300 оС) имеет две ключевые особенности, отличающие его от классического метода синтеза алмазных порошков: 1. Для синтеза алмазного микропорошка разрабатываемым методом не применяются металлы-катализаторы. Вместо металлов-катализаторов (Ni, Mn, Co, Fe) используются соединения состава углерод-кислород-водород (C-O-H), образующие в условиях синтеза сверхкритическую жидкость. Таким образом исключается необходимость использования металлов в процессе синтеза, необходимость их химического удаления из продуктов синтеза, регенерации или утилизации этих металлов или их соединений. Синтезированные алмазные микропорошки и алмазные кристаллы не содержат металлических включений, которые негативно влияют на их свойства, такие как температурная стабильность и химическая чистота, необходимые для некоторых операций в технологии изготовления полупроводниковых приборов. 2. Размер алмазных кристаллов, формирующихся непосредственно в процессе синтеза, лежит в диапазоне от сотен нанометров до десятков микрометров (0.2-30 мкм), с максимумом в районе 1-10 мкм (в зависимости от условий синтеза), в то время как размер алмазных кристаллов, получаемых в классическом синтезе с металлами-катализаторами находится в диапазоне от десятков микрон до нескольких сотен микрометром (40-600 мкм). Таким образом исключается необходимость дробления крупных кристаллов. Помимо исследования влияния непосредственно условий синтеза (температура, время) в системе C-O-H на свойства алмазных микропорошков, в данном проекте будет исследовано влияние бора, фтора, и некоторых редкоземельных элементов, которые будут добавляться в реакционный объем. Азот (попавший в камеру высокого давления из воздуха и адсордированный на поверхности порошков для синтеза) является главным элементом, легирующим алмаз, существенно влияющим на свойства алмаза. Для уменьшения концентрации азота в алмазных кристаллах, в процессе синтеза используют геттеры азота (титан, алюминий), которые добавляются в реакционный объем. Такие геттеры могут образовывать труднорастворимые оксиды. Наравне с металлическими геттерами азота, бор также можно рассматривать как геттер азота, однако оксиды бора легко удаляются из продуктов реакции. Редкоземельные элементы могут создавать люминесцентные центры с синтезированных алмазах. Широкий круг используемых для синтеза углеродных прекурсоров (детонационные наноалмазы, аморфный углерод, карбон блэк), и различные легирующие добавки позволяют варьировать параметры синтеза, изменять свойства алмазных порошков и, таким образом, позмоляют развивать модели кристаллизации алмазных кристаллов в ростовой системе состава C-O-H без металлов-катализаторов.