柱状籽晶合成宝石级金刚石形貌分析-论文.pdf

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1、第3o卷第7期(上)赤峰学院学报(自然科学版)V01．3ONo．72014年7月JoumalofChifengUniversity(NaturalScienceEdition)Ju1．2014黄国锋，男，1980年9月生，吉林省德惠市人。2008年在吉林大学原子与分子物理研究所取得硕士学位，2011年在吉林大学原子与分子物理所获得理学博士学位，导师为长江学者贾晓鹏教授。现为内蒙古赤峰学院物理与电子信息工程系专业教师。柱状籽晶合成宝石级金刚石形貌分析黄国锋，尹辑文，冯铁程，凯丽，静婧(赤峰学院物理与电子信息工程学院，内

2、蒙古赤峰024000)摘要：在高温高压下，利用温度梯度法，以条状金刚石为晶种，分别以拉长的{100}、{111}面为外延生长面合成出了宝石级金刚石单晶，根据晶体生长习性中各个生长面间与晶种面的对应关系，以f100}晶面为例分析了柱状晶种所生长的晶体并非按其初始外延面的比例放大的原因．由于温度决定各个晶面的生长速度，所以只要温度场均匀．无论以何种形貌的金刚石为晶种．所生长的晶体整体形貌都会接近方正．关键词：籽晶：晶面；温度场；晶形中图分类号：TQ164文献标识码：A文章编号：1673—260X(2014)07—0007

3、—02自从G．E公司1970年开发出温度梯度法生长宝石级式中V为晶体生长速度，W为晶体重量，t为生长时间，金刚石的技术以来，宝石级金刚石的合成技术不断取得新的dWdz表示轴向温度梯度．实验中我们通过调整组装来获得突破，目前在金刚石技术发达的国家，利用高温高压下的温不同的温度梯度，近而控制晶体生长速度．度梯度法技术已经可以生长出厘米级Ib和IIa型宝石级金刚石【l_]1．虽然近年来发展起来的低压下化学气象沉积技术可以合成出金刚石大单晶，但是其实际应用的前景并不明朗，在技术上始终存在着一些瓶颈无法突破．所以，迄今为止温度

4、梯度法仍然是宝石级金刚石合成的最直接有效手段．在碳源温度梯度法合成宝石级金刚石中，为了定向控制晶体的生触媒长，在合成中采用籽晶外延定向生长技术，采用不同的籽晶晶体面作为生长面，所生长的晶体的形貌受温度影响不同[61，因晶床而研究特殊形状的籽晶对金刚石晶体生长的影响对生长特图1合成腔体内部组装截面示意图殊形貌的晶体具有指导作用，所以我们首先在高温高压下利用膜生长法合成出特殊形貌的金刚石一柱状金刚石，然2实验后采用这种柱状晶体作为宝石级大单晶生长的籽晶，在高利用温度梯度法，在SDP6×1200型国产六面顶液压机温高压下利

5、用温度梯度法进行晶体外延生长实验，并对晶上进行金刚石合成实验．实验组装示意图如图1所示．高温体的形貌特征进行分析．高压合成条件：温度约1240—1260~C；压力约5．5Gpa；生长1温度梯度法时间12h．以高纯人造鳞片石墨为碳源，以Ni70Mn25Co5合如图1所示，碳源放置在腔体中间的高温处，籽晶放在金为触媒溶剂，以条状金刚石晶体为籽晶，形貌如图2所示．低温处，二者之间放置合金触媒．在高温高压条件下，石墨在其形貌不同与传统的工业金刚石籽晶，在本实验中分别采金属触媒催化下在很短时间内(5min)全部转化为金刚石并用

6、了沿{100}与f111}面拉长的特殊晶面作为外延晶面．由于溶于触媒溶剂中，在一定温度梯度驱动下，碳素将由高温处条状籽晶的尺寸较小f0．1—0．3mm)，所以实验中很容易导致的高浓度区向低温处的低浓度区扩散，并在低温处过饱和碳源扩散下来前籽晶被触媒溶剂熔掉，而导致扩散下来的结晶析出．在一维近似条件下，生长晶体的生长速度和温度碳源以自发核或者再结晶石墨形式析出，为保证碳源扩散梯度成正比r7】，即下来后可以在其晶面上析出，在本实验中采用了较薄的触V=dw／dtocdT／dz媒厚度(1．5mm)，并在晶种表面加盖铂金(Pt

7、)，以防止晶种在基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目支持(NJZC13308)一7一