什么是CVD技術

        氣態(tài)沉積法是一種通過吸附作用和熱分離出氣態(tài)物質中的原子和分子的方法來生長晶體的技術。當這種晶體生長過程中需要化學反應，稱之為化學氣相沉積法（CVD）；當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，鉆石的熱力學穩(wěn)定區(qū)域內合成鉆石（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個大氣壓），鉆石的熱力學亞穩(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。當襯底使用單晶鉆石時（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，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）和通過燃燒火焰加熱（combustion-flame method燃焰技術）。在這些方法中，微波等離子體化學氣相沉積法適合用來合成大尺寸和高質量的單晶體鉆石，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），并將空腔內的壓強降到0.1個大氣壓

        ②在空腔內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個毫米
        ⑤打開空腔，取出鉆石磚塊，切成薄片作為半導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

        以具體的實例進行介紹，目前能夠做人造鉆石的Apollo公司進行分析，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，利用同質外延的技術，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，就到了開始準備工藝的時候，由于這個金剛石表面還存在一些缺陷，如表面不夠平整，存在雜質等，需要進行處理

        3.拋光：polished

膠固定

準備拋光

機械拋光

拋光前后對比

        4. 化學處理：pre-treatment

        利用酸和丙酮等出去表面的雜質和有機物，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. 放入設備 MPCVD

放入MPCVD設備中

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

        這個橡皮塞吸器也是為了不損傷金剛石表面的原子結構

        6. 生長growth：

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

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

        兩個星期后：after two weeks，

        哈哈，丑八怪吧，如何成為鉆石了？

        這個就是生長后形狀，由于生長中各個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，生長的各個面都比較混亂，因此需要進一步進行加工

        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 鉆石確認儀

小顆粒鉆石自動排查（AMS）儀

       CVD鉆石的檢測

       1、異常雙折射。

       天然鉆石中因應力導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)生的應力導致的典型異常雙折射被稱為“榻榻米”結構。盡管CVD鉆石也屬于Ⅱ型鉆石，卻不顯示“榻榻米”結構。但是，當從平行于生長方向去觀察（常常沿著垂直于臺面的方向），可觀察到類似于“榻榻米”的結構，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”結構的異常雙折射現(xiàn)象。

CVD鉆石中類似于“榻榻米”結構的異常雙折射（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