[发明专利]一种多色钻石的制备方法

说明书

本发明属于材料生长技术，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。

技术领域

本发明属于材料生长技术，具体的涉及多色钻石的制备方法。

背景技术

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。

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6-7GPa，常用的温度为1500-1700℃。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年代研究人员发明了金刚石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700-1000℃，真空腔体中的压强为20-100torr，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。

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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种多色钻石的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

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。

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。

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％-5％，掺杂元素浓度为ppb量级，温度为850℃-880℃，腔体压力为120-150mbar，微波功率为3000W-5500W。

本发明的有益效果为：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

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。

实施案例一