阅读说明：本技术 一种多色钻石的制备方法 (Preparation method of multicolor diamond ) 是由 单崇新 林超男 杨珣 杨西贵 臧金浩 于 2021-05-24 设计创作，主要内容包括：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。(The invention belongs to a material growth technology, and particularly relates to a preparation method of a multicolor diamond. The method adopts a microwave plasma chemical vapor deposition method to grow the diamond, and controls the atmosphere of the cavity at different growth stages and the treatment means after the growth to obtain the multicolor diamond. The invention grows the diamond by microwave plasma chemical vapor deposition method, and obtains the diamond with different colors by controlling the atmosphere of different stages in the growth process. The method can grow diamonds with single color, double color, three colors or even more colors.)

一种多色钻石的制备方法

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

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。

实施案例二

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。