英国伦敦大学使用UPHT钻石衬底生产珠宝级PECVD钻石

2004 年， 英国伦敦大学学院的 Williams OliverA 和 Jackman Richard B[25] 在没有人为 掺入N 2 的情况下， 使用 MPCVD 法获得了高质量的单晶PECVD钻石，沉积速率达到 50 μm/h 。 2012 年， 美国密歇根州立大学的 Gu Yajun 等人 [26] 设计了适用于高气压、高微波功率密度下沉积单晶钻石的 微波等离子体反应器， 并使用该反应器在气压 180~300 torr 、微波功率密度 400~1 000 W/cm 3 的条件下沉积钻石， 在不添加 N 2 的情况下获得高达 75 μm/h 的沉积速率。2012 年，卡内基研究所报道了重达数克拉的宝石级单晶PECVD钻石的合成 [11] 。 该研究所利用 PECVD 技术，通过多次重复生长，合成了重达 13.5 克拉的钻石原石（图 2 左 A ），经过精心的切割和加工后得到了一颗 2.3 克拉的 CVD 单晶钻石（图 2 左 D ）， 其尺寸为 8.5 mm × 8.5 mm × 5.2 mm 。 在生长过程中并未人为地加入 N 2 ， 沉积速率达到 50 μm/h 。 经过检测， 显微镜下观察不到裂纹的存在， 结晶度好， 并且产品中除了含有微量的 H 杂质外， 不含其它杂质，纯度很高（达到珠宝级别）。

1.2 大面积单晶钻石的制备

钻石在光学、 电子学领域的应用一直是研究的热点。 作为电子器件或者光学镜片应用的单晶钻石一般都要求钻石有较大的面积 （ 英寸级以上）， 因此， 大面积合成高质量单晶钻石是实现钻石在上述领域的应用所必须克服的困难。 大面积生长单晶钻石的前提是要以大面积的单晶钻石作为衬底， 衬底可以是天然钻石、 UPHT钻石或者 CVD钻石。 天然钻石多为小颗粒状， 少有大面积片状的， 即便是有， 其价格也十分昂贵， 所以天然钻石不适合用 作大面积外延单晶钻石的衬底。 同 质外延单晶钻石最常用 的衬底就是单晶UPHT钻石， 但是其尺寸仍不能满足大面积生长的需求。 因此， 有必要寻求获得大面积衬底的方法。