什么是CVD技術(shù)

        氣態(tài)沉積法是一種通過吸附作用和熱分離出氣態(tài)物質(zhì)中的原子和分子的方法來生長晶體的技術(shù)。當(dāng)這種晶體生長過程中需要化學(xué)反應(yīng)，稱之為化學(xué)氣相沉積法（CVD）；當(dāng)晶體按照物理過程生長，則稱之為物理氣相沉積法（PVD）。在合成鉆石的方法中，HPHT法是指在高溫高壓下，鉆石的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)合成鉆石（碳的晶體）；與之相反的是，在CVD合成鉆石過程中，氣態(tài)有機(jī)化合物（如含有鉆石成分碳元素的甲烷）在低溫低壓（常為0.1個(gè)大氣壓），鉆石的熱力學(xué)亞穩(wěn)定區(qū)域，被離解成自由基（碳原子和氫原子或甲基CH3和氫原子，Elpha注），并在800~1000℃的襯底上沉積形成鉆石。當(dāng)襯底使用單晶鉆石時(shí)（無論是天然的還是HPHT法合成的），在襯底上將生長出單晶體的鉆石；然而使用硅、鎢或鉬做的襯底時(shí)，襯底上將長出多晶體的鉆石。激活原料氣體（指碳基氣體，Elpha注）需要非常大的能量，一般有以下幾種方法：通過加熱燈絲（hot filament method熱絲化學(xué)氣相沉積），通過微波加熱等離子體（microwave plasma method微波等離子體輔助化學(xué)氣相沉積）,通過高頻加熱等離子體（high frequency plasma method高頻等離子技術(shù)）和通過燃燒火焰加熱（combustion-flame method燃焰技術(shù)）。在這些方法中，微波等離子體化學(xué)氣相沉積法適合用來合成大尺寸和高質(zhì)量的單晶體鉆石，盡管它不是適合大規(guī)模合成鉆石的CVD方法。

        ①在基座上放置鉆石襯底（種晶），并將空腔內(nèi)的壓強(qiáng)降到0.1個(gè)大氣壓

        ②在空腔內(nèi)注入甲烷氣體和氫氣，并用微波束加熱形成等離子體
        ③碳原子在鉆石襯底上沉積
        ④種晶像微小的鉆石磚塊一樣生長（長成方形，Elpha注），一天能生長0.5個(gè)毫米
        ⑤打開空腔，取出鉆石磚塊，切成薄片作為半導(dǎo)體或者切割拋光成寶石級鉆石。

上圖為“阿波羅鉆石”，其原料為炭，通過一個(gè)高壓的特殊裝置（如左圖）生成幾近完美的鉆石（右下圖）

        美國 Apollo Diamond公司工藝

        以具體的實(shí)例進(jìn)行介紹，目前能夠做人造鉆石的Apollo公司進(jìn)行分析，其制備的人造鉆石能夠與天然金剛石媲美，并且一些性能更好于天然的，甚至GIA都很難鑒定其是人造的。

        1.選料：nature diamond

        開始介紹生長過程，首先是原材料，利用同質(zhì)外延的技術(shù)，就是把小的金剛石長成大的金剛石

        天然金剛石原石，這些是大的，用不著，將其切割為很多片小的

        2.切割：cut

        激光切割，得到金剛石片作為“種子”

        選材已經(jīng)完了，就到了開始準(zhǔn)備工藝的時(shí)候，由于這個(gè)金剛石表面還存在一些缺陷，如表面不夠平整，存在雜質(zhì)等，需要進(jìn)行處理

        3.拋光：polished

膠固定

準(zhǔn)備拋光

機(jī)械拋光

拋光前后對比

        4. 化學(xué)處理：pre-treatment

        利用酸和丙酮等出去表面的雜質(zhì)和有機(jī)物，得到生長的籽晶（seed）前期的處理過程已經(jīng)完畢，就是為了得到好的生長效果，下面是金剛石的片狀金剛石長大的過程

        5. 放入設(shè)備 MPCVD

放入MPCVD設(shè)備中

        注意哦，看周圍的環(huán)境，要求是很高的，不允許有雜質(zhì)的

        這個(gè)橡皮塞吸器也是為了不損傷金剛石表面的原子結(jié)構(gòu)

        6. 生長growth：

        穩(wěn)定的控制各個(gè)生長參數(shù)：溫度，壓強(qiáng)，氣體流量，功率等

        真空腔體內(nèi)的生長情況，鉆石在等離子體（plasma）球中不斷長大

        兩個(gè)星期后：after two weeks，

        哈哈，丑八怪吧，如何成為鉆石了？

        這個(gè)就是生長后形狀，由于生長中各個(gè)面長速率是不一樣的，因此需要向上的面長大，而抑制兩邊生長的，但生長的過程中無可避免的存在其他因素，生長的各個(gè)面都比較混亂，因此需要進(jìn)一步進(jìn)行加工

        生長過程的變化清晰的顯示了長大的過程

        7.后續(xù)處理 treatment

主要采用激光處理

        8.加工：polishe

        9.切割：cut

        10.人造鉆石

       CVD合成鉆石的檢測

DiamondSure DiamondVie鉆石熒光圖像觀察儀

DiamondSure 鉆石確認(rèn)儀

小顆粒鉆石自動(dòng)排查（AMS）儀

       CVD鉆石的檢測

       1、異常雙折射。

       天然鉆石中因應(yīng)力導(dǎo)致的異常雙折射可大致分為兩類：一種形成于生長過程中，另一種形成于后期塑性變形過程，后者能有效證明鉆石為天然產(chǎn)出。Ⅱ型鉆石中由塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致的典型異常雙折射被稱為“榻榻米”結(jié)構(gòu)。盡管CVD鉆石也屬于Ⅱ型鉆石，卻不顯示“榻榻米”結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)從平行于生長方向去觀察（常常沿著垂直于臺(tái)面的方向），可觀察到類似于“榻榻米”的結(jié)構(gòu)，所以需要小心，不要被欺騙！

       在正交偏光下，典型的異常雙折射條紋圖案它們平行分布于晶體的生長面。從垂直于扁平晶體的特定生長面方向很容易觀察到（常從腰部觀察）； 在天然鉆石中觀察到的被稱為“榻榻米”結(jié)構(gòu)的異常雙折射現(xiàn)象。

CVD鉆石中類似于“榻榻米”結(jié)構(gòu)的異常雙折射（從平行于晶體生長的方向觀察）    

       2、發(fā)光性    

CVD鉆石在紫外熒光下典型的橙色熒光

CVD合成鉆石