一种多色钻石的制备方法技术

本发明专利技术属于材料生长技术，具体的涉及多色钻石的制备方法。采用微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，控制不同生长阶段腔体气氛及生长后处理手段，得到多色钻石。本发明专利技术通过微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，通过控制生长过程中不同阶段的气氛，得到不同颜色的钻石。该方法可生长单色、双色、三色甚至具有更多颜色的钻石。颜色的钻石。

【技术实现步骤摘要】
一种多色钻石的制备方法


[0001]本专利技术属于材料生长技术，具体的涉及多色钻石的制备方法。

技术介绍

[0002]钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。钻石美丽且稀有，是爱情和忠贞的象征，代表永恒不破的爱情。天然钻石多为无色，色调越深，质量越差。少量天然钻石具有彩色，如：黄色、绿色、蓝色、褐色、粉红色、橙色、红色、黑色、紫色等，属于钻石中珍品，价格昂贵。随着科学技术的发展，人工合成金刚石技术发展，目前戴比尔斯集团、施华洛世奇等国际钻石公司相继推出了人工钻石品牌。人工合成钻石与天然钻石成分完全相同，同时还具有成本较低、周期短、不破坏生态环境等优点。
[0003]目前合成人造钻石的方法主要有高温高压法(简称HTHP)和化学气相沉积法(简称CVD)，HPHT法是在20世纪50年代发展起来的，是目前制造合成金刚石使用最为广泛的方法。在HPHT工艺中，石墨在大容量高压设备中被压缩，并且在过渡金属(Fe、Co、Ni或者其混合物)存在的条件下转化为金刚石，这些过渡金属在其中充当溶剂，起到催化剂的作用。在高温高压生长金刚石的过程中最常使用的压力为6
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7GPa，常用的温度为1500
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1700℃。HPHT方法的主要优点是成本相对较低而且产量高，HPHT法制造的金刚石广泛地应用在工业磨料以及切割和抛光工具上。在20世纪80年代研究人员专利技术了金刚石CVD合成工艺，其与目前半导体掺杂和器件制造工艺技术相兼容。因为在低压条件下，石墨是最稳定的相，所以在低压CVD工艺过程中，在生长表面上与金刚石相一起形成石墨相，为了获得连续的金刚石相，必须有效地去除石墨。人们发现，原子氢可以有选择性地蚀刻石墨相，同时使金刚石相处于稳定状态。因此，在CVD过程中必须用氢气高度稀释碳源气体，高纯度甲烷被广泛用作CVD金刚石的碳源气体，甲烷/氢气混合物中甲烷的浓度通常低于5％。气体净化，尤其是氢气的净化，对提高金刚石纯度是非常有效的。在生长期间，衬底温度通常为700
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1000℃，真空腔体中的压强为20
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100torr，提高衬底温度和真空腔体压强可以有效提高金刚石的生长速度。
[0004]在人工合成钻石方法中，高温高压法生长过程不容易调控，所生长的钻石多为单色。化学气相沉积法通过控制生长过程中的气氛条件，可实现对薄层的颜色调控，因此可以得到具有多种颜色的钻石。同时生长的每一颗钻石都具有不可重复性，都是独一无二的存在。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种多色钻石的制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种多色钻石的制备方法，采用微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，控制不同生长阶段腔体气氛及生长后处理手段，得到多色钻石。
[0008]其中所采用的掺杂元素有硼、氮等，所采用的处理手段有辐照以及热处理。
[0009]使用微波等离子体化学气相沉积法生长条件如下：甲烷浓度为2％
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5％，掺杂元素
浓度为ppb量级，温度为850℃
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880℃，腔体压力为120
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150mbar，微波功率为3000W
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5500W。
[0010]本专利技术的有益效果为：通过微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，通过控制生长过程中不同阶段的气氛，得到不同颜色的钻石。该方法可生长单色、双色、三色甚至具有更多颜色的钻石。
具体实施方式
[0011]一种多色钻石的制备方法，采用微波等离子体化学气相沉积法生长钻石，通过控制不同生长过程中的气氛，使钻石的不同位置具有不同颜色，该方法生长的每一颗钻石都具有独一无二性以及不可重复性。
[0012]实施案例一
[0013]利用3*3mm衬底在为未掺杂气氛下生长厚度为800微米厚的无色金刚石，通入微量硼烷，生长200微米厚的蓝色金刚石，最后生长厚度为800微米的无色金刚石。经切割后形成具有无色及蓝色两种颜色的双色钻石。
[0014]实施案例二
[0015]利用4*4mm衬底在未掺杂气氛下生长800微米厚的无色金刚石。通入微量硼烷，生长200微米厚的蓝色金刚石，随后生长800微米厚的无色金刚石，在下一个生长阶段，通入微量氨气生长200微米厚的黄色金刚石，最后生长500微米厚的无色金刚石，进切割后形成具有无色、蓝色以及黄色的三色钻石。
[0016]以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多色钻石的制备方法，其特征在于：采用化学气相沉积法，使用不同掺杂元素如硼、氮等以及不同的处理方式(辐照或者加热)，使一颗钻石呈现多种颜色。2.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其特征在于：生长过程中掺入硼，钻石会呈现蓝色。3.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其特征在于：生长过程中掺入氮，钻石会呈现黄色。4.如权利要求1所述的多色钻石的制备方法，其特征在于：对钻石进行辐照或者加热处理，钻石会呈现绿色或粉色...

【专利技术属性】
技术研发人员：单崇新，林超男，杨珣，杨西贵，臧金浩，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：