CVD合成钻石之制造标准流程

CVD合成法阿波罗钻石公司( 美国．波士顿 ) 使用之CVD标准制程：

①在基座上放置钻石衬底（种晶），并将空腔内的压强降到0.1个大气压
②在空腔内注入甲烷气体和氢气，并用微波束加热形成等离子体
③碳原子在钻石衬底上沉积
④种晶像微小的钻石砖块一样生长（长成方形，Elpha注），一天能生长0.5个毫米
⑤打开空腔，取出钻石砖块，切成薄片作为半导体或者切割抛光成宝石级钻石。

这是一枚从由高速率CVD生长法合成的10克拉单晶中通过激光切割的5克拉钻石。 (Credit: Carnegie Institution)

上图为“阿波罗钻石”，其原料为炭，通过一个高压的特殊装置（如左图）生成几近完美的钻石（右下图）

什么是CVD钻石？CVD（Chemical Vapor Deposition化学气相沉淀）钻石　　

化学气相蒸镀乃使用一种或多种气体，在一加热的固体基材上发生化学反应，并镀上一层固态薄膜。所谓CVD（Chemical Vapor Deposition化学气相沉淀）钻石是以一块天然钻裸石为母石，利用高纯度甲烷、加上氢、氮等气体辅助，在微波炉中以高压方式，让甲烷中与钻石一样的碳分子不断累积到钻石原石上，经过一层层增生，可形成大至10克拉之透明钻石。为使CVD的钻石生长顺利，碳源常用已具钻石结构的甲烷。甲烷可视为以氢压出的单原子钻石。这种「长大」的钻石，品质与天然钻石几无二致，肉眼难辨。

附：IGI发现CVD合成钻石

来自美国 Apollo Diamond公司工艺

以具体的实例进行介绍，目前能够做人造钻石的Apollo公司进行分析，其制备的人造钻石能够与天然金刚石媲美，并且一些性能更好于天然的，甚至GIA都很难鉴定其是人造的。

1.选料：nature diamond

开始介绍生长过程，首先是原材料，利用同质外延的技术，就是把小的金刚石长成大的金刚石

天然金刚石原石，这些是大的，用不着，将其切割为很多片小的

2.切割：cut

激光切割，得到金刚石片作为“种子”

选材已经完了，就到了开始准备工艺的时候，由于这个金刚石表面还存在一些缺陷，如表面不够平整，存在杂质等，需要进行处理

3.抛光：polished

胶固定

准备抛光

机械抛光

抛光前后对比

4. 化学处理：pre-treatment

利用酸和丙酮等出去表面的杂质和有机物，得到生长的籽晶（seed）

前期的处理过程已经完毕，就是为了得到好的生长效果，下面是金刚石的片状金刚石长大的过程

5. 放入设备 MPCVD

放入MPCVD设备中， 注意看周围的环境，要求是很高的，不允许有杂质的

这个橡皮塞吸器也是为了不损伤金刚石表面的原子结构

6. 生长growth：

稳定的控制各个生长参数：温度，压强，气体流量，功率等

真空腔体内的生长情况，钻石在等离子体（plasma）球中不断长大

两个星期后：after two weeks，如何成为钻石了？

这个就是生长后形状，由于生长中各个面长速率是不一样的，因此需要向上的面长大，而抑制两边生长的，但生长的过程中无可避免的存在其他因素，生长的各个面都比较混乱，因此需要进一步进行加工

生长过程的变化清晰的显示了长大的过程

7.后续处理 treatment

主要采用激光处理

7.加工：polishe

8.切割：cut

9.人造钻石