天然金刚石与合成金刚石的区别

摘要

本文首先介绍了一些重要的概念,这些概念对理解晶体的生长机理,以及解释为什么同种类的晶体可呈现多种多样的形态是很必要的。文章接着以热动力学分析为基础,阐述了天然的和合成的金刚石晶体在金刚石稳定区内的生长条件,以及CVD金刚石在不稳定区内的生长条件。由于生长条件和环境相的不同,金刚石在生长过程中可发育成具有不同形态特征的晶体,可据此分为三个类型。天然金刚石与两种合成金刚石的主要区别在于其{100}界面的粗糙度不同。当金刚石生长于硅酸盐溶液(天然的)时,它的{100)界面粗糙,其生长机理为吸咐生长型;而在金属-碳溶液中生长或化学气成环境生长形成的金刚石晶体则具有平滑的界面;在合成金刚石生长过程中,{100}面的形成机理是二维成核生长或者螺旋生长。由于上述这些差异可以被不同的单晶以生长扇、生长带、位错的空间分布及其它晶格缺陷等不同形式记录下来,因此,也可以用适当的方法检测出来,纵然晶体已被切割并抛光过也是如此。为了检测这些差异,宝石实验室采用的最佳方法是联合使用阴极发光形貌法和光学显微镜法。文中举例说明了天然的和合成的宝石级金刚石的CL图象差别。