吴 改， 陈美华

(1.中国地质大学(武汉)珠宝学院，湖北 武汉430074； 2.中国地质大学(武汉)地球科学学院，湖北 武汉430074)

1 引言

金刚石因其独特的化学组成和结构，具有高硬度、高热导率、高光学透过性、高化学稳定性、良好的生物兼容性、低介电系数、极低的热膨胀系数等优良性质。它不仅是人们熟知的珠宝首饰原材料，也是一种十分有潜力的新型功能材料，在微电子、光电子、生物医学、航空航天等高新技术领域中具有很好的应用前景[1-3]。自然界中缺陷少、品质高、规格较大的单晶金刚石十分稀少，合成金刚石拥有与天然金刚石相同的优良性质，因其成本低廉、品质优良、缺陷可控而拥有更为广阔的应用前景[4]。人工合成金刚石的方法主要有两大类：高温高压(HPHT)合成法和化学气相沉积(CVD)合成法。HPHT法合成的金刚石存在尺寸较小、形状单一、纯度不高和不易掺杂等方面的缺点，限制了其应用范围。与HPHT法相比，CVD法合成单晶金刚石一直是近年来的研究热点，其中最成功的当属微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)。该法相对其它方法的优点为：污染小、沉积温度低、放电平稳、工作稳定、有利于均匀地沉积金刚石，且产品可重复性好。利用MPCVD法合成单晶金刚石的研究在国外已经取得重大进展，美国卡耐基实验室利用新型设备实现了同时生长300颗光学级的CVD单晶金刚石，生长速度达500 ct/d[5]。美国Element Six公司已商业性生产适用于各种应用的CVD单晶金刚石，并可生产28 ct的无色-彩色单晶金刚石[6-7]。日本的AIST机构结合重复生长、Lift-off剥离、种晶克隆以及马赛克拼接等技术，合成出20×22 mm2的透明光学级CVD单晶金刚石，在合成大面积CVD单晶金刚石方面取得重大进展[4,8]。……