金刚石单晶的化学气相沉积制备及其在粒子探测器件中的应用
高纯低位错密度单晶金刚石的制备与表征
一、概述单晶金刚石是一种非常硬的材料，具有优异的热导率、化学稳定性和耐腐蚀性，因此在工业领域中具有广泛的应用前景。
在单晶金刚石的制备过程中，位错密度是一个非常重要的参数，高纯低位错密度的单晶金刚石具有更优异的力学性能和光学性能。
本文将探讨高纯低位错密度单晶金刚石的制备与表征。
二、高纯低位错密度单晶金刚石的制备1. 化学气相沉积（CVD）法制备化学气相沉积（CVD）法是目前制备单晶金刚石的主要方法之一。
该方法通过在反应室中生成高温高压的热平衡环境，使金刚石晶种在金属基底上沉积形成单晶金刚石。
在CVD法中，控制气相中的原料浓度、反应温度和压力是制备高纯低位错密度单晶金刚石的关键。
2. 高温高压合成法制备高温高压合成法是另一种常用的单晶金刚石制备方法。
该方法通过在高温（>1500°C）和高压（>5GPa）下，利用碳源材料和金属催化剂在金刚石的热稳定性区域合成单晶金刚石。
在高温高压合成法中，原料纯度、反应温度和压力均对产物的位错密度有较大影响。
三、高纯低位错密度单晶金刚石的表征1. X射线衍射分析X射线衍射分析是一种常用的单晶金刚石晶体结构表征方法。
通过观察X射线在样品表面的衍射图案，可以得到金刚石晶体的结晶形貌、晶胞参数和晶面取向等信息，为研究位错密度提供重要依据。
2. 电子显微镜观察电子显微镜是一种高分辨率的表征技术，可以观察到金刚石晶体内部的位错结构和缺陷状况。
透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）是常用的电子显微镜观察方法，能够提供金刚石晶体的高清晰度图像，并可通过图像处理方法定量分析位错密度。
3. Raman光谱分析Raman光谱是一种用于分子振动和晶格结构分析的表征技术，对于金刚石晶体的位错密度和晶体结构具有较高的灵敏度。
通过分析Raman 光谱的峰位、峰型和强度，可以推断金刚石晶体的结构完整性和位错密度情况。
四、高纯低位错密度单晶金刚石的应用前景由于高纯低位错密度的单晶金刚石具有优异的力学性能和光学性能，因此在多个领域具有广泛的应用前景。
化学气相沉积法合成单晶体金刚石实验探索的开题报告
化学气相沉积法合成单晶体金刚石实验探索的开题报告一、选题的背景金刚石是一种高硬度、高热导率、高透明度等优异性能的材料，广泛应用于珠宝、工具、电子等领域。
其中，单晶体金刚石因其无晶界、无缺陷等特殊性质，被认为是最理想的材料，具有非常广阔的应用前景。
然而，传统的金刚石制备方法存在着生长速度慢、成本高等问题，大规模产出单晶体金刚石的生产难度极大。
因此，针对如何高效地制备单晶体金刚石的研究备受关注。
化学气相沉积法（CVD）由于其高效、可控、低成本等优点，在金刚石、石墨烯、碳纳米管等领域得到了广泛应用。
然而，在CVD合成单晶体金刚石方面，仍然存在着一些问题，如杂质控制、晶体生长方向控制等方面的挑战。
因此，探索如何优化CVD合成单晶体金刚石的方法具有重要的意义。
二、研究的目的和意义本研究旨在探索CVD法合成单晶体金刚石的方法，通过尝试不同工艺参数和材料掺杂等方法，优化金刚石晶体的生长和方向控制，同时提高其质量和晶体度。
该研究有助于解决CVD合成单晶体金刚石的难题，进一步提高金刚石材料的质量和工业应用价值，具有重要的科研和实用价值。
三、研究内容和方法本研究将采用化学气相沉积法，以金属镁和碳源气体为原料，通过改变反应温度、压力、流量等工艺参数，探索金刚石晶体的生长过程和晶体度的控制方法。
同时，考虑到杂质对金刚石生长的影响，我们将尝试添加不同的材料掺杂，如N、S、B等元素，以改善晶体质量和晶体方向控制。
最后，我们将利用扫描电镜、X射线衍射仪等技术对合成的金刚石单晶进行表征分析，验证其材料性能和结晶质量。
四、预期成果通过本研究，我们预计可以合成质量较高、控制性较好的单晶体金刚石，并深入探究其生长机制和晶体度控制的关键因素，为进一步提高金刚石合成的效率和质量奠定更好的基础。
同时，本研究的成果也将为金刚石在珠宝、工具、电子等领域的应用提供更好的材料支持，具有非常重要而实际的应用价值。
微波等离子化学气相沉积 and 金刚石
微波等离子化学气相沉积and 金刚石摘要：一、微波等离子体化学气相沉积的基本概念二、金刚石的特性及应用三、微波等离子体化学气相沉积在金刚石制备中的应用四、我国在该领域的研发进展五、展望微波等离子体化学气相沉积的发展前景正文：微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，简称MPCVD）是一种采用微波等离子体技术在材料表面制备金刚石薄膜的方法。
近年来，随着科技的不断发展，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域得到了广泛应用。
金刚石，作为碳的同素异形体之一，具有极高的硬度、热导率、抗磨损和化学稳定性，使其在工业领域具有广泛的应用。
然而，天然金刚石的储量有限，价格昂贵，因此，利用微波等离子体化学气相沉积技术制备人造金刚石成为了研究的热点。
微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备过程中的优势在于其高产率、高质量和可控性。
通过精确控制反应气体种类、流量和微波功率等参数，可以在各种基材上制备出不同厚度、结构和性质的金刚石薄膜。
此外，MPCVD法制备金刚石的过程能耗低，环保无污染，具有较高的经济效益。
我国在微波等离子体化学气相沉积技术研发方面已取得了显著成果。
众多科研团队和企业致力于优化工艺参数，提高金刚石薄膜的质量和性能，拓展其在各个领域的应用。
目前，我国已成功研发出应用于电子、光学、力学和生物医学等领域的金刚石薄膜产品。
展望未来，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域具有巨大的发展潜力。
随着技术的进一步发展和优化，金刚石薄膜的应用范围将进一步扩大，有望替代传统材料，成为未来产业的重要支撑。
此外，随着我国在微波等离子体化学气相沉积技术研究的深入，我国在该领域的国际竞争力也将不断提升。
总之，微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石制备领域具有广泛的应用前景，我国在这一领域的研究取得了显著成果。
人造金刚石气相沉积法
人造金刚石气相沉积法人造金刚石气相沉积法是一种用于合成人造金刚石的方法。
金刚石是一种非常硬的材料，广泛应用于工业领域，如切割工具、磨具、磨料等。
传统的金刚石合成方法主要包括高温高压法和化学气相沉积法，而气相沉积法是一种相对较新的金刚石合成技术。
气相沉积法是通过在高温高压环境下，将一种含碳气体（如甲烷）分解为碳原子，并在金属衬底上沉积形成金刚石薄膜。
这种方法不仅可以用于合成金刚石薄膜，还可以用于合成立方晶系的金刚石单晶。
气相沉积法的基本原理是利用高温高压条件下气体分解生成碳原子，并通过金属催化剂的作用在金属衬底上沉积形成金刚石。
具体的合成过程包括以下几个步骤：1. 催化剂制备：选择合适的金属作为催化剂，常用的有铁、镍、钴等。
催化剂的作用是降低碳原子的活化能，促进分解反应。
2. 衬底制备：选择合适的金属衬底，常用的有硅、钼、钢等。
衬底的选择应考虑到与金刚石的匹配性和附着性。
3. 反应气体制备：选择合适的反应气体，常用的有甲烷、乙烯等。
反应气体在高温高压环境下分解生成碳原子。
4. 反应条件控制：控制反应温度、压力和时间等参数，以控制金刚石的生长速率和质量。
5. 沉积过程：将催化剂和衬底放入反应装置中，加热至合适的温度并施加合适的气压，使反应气体分解生成碳原子并在衬底上沉积。
6. 金刚石生长：碳原子在催化剂的作用下形成金刚石结构，并在衬底上逐渐生长。
生长速率和质量受反应条件和催化剂的选择影响。
7. 金刚石薄膜制备：通过控制反应条件和生长时间，可以在衬底上制备出金刚石薄膜。
薄膜的厚度可以通过调节反应时间和碳源浓度来控制。
人造金刚石气相沉积法具有以下优点：1. 生长速率快：相比于其他金刚石合成方法，气相沉积法的生长速率较快，可以在相对较短的时间内合成金刚石薄膜。
2. 生长质量高：气相沉积法可以在金属衬底上合成高质量的金刚石薄膜，具有良好的晶体结构和机械性能。
3. 可控性强：通过调节反应条件和催化剂的选择，可以控制金刚石的生长速率和质量，满足不同应用需求。
化学气相沉积(CVD)金刚石技术及产业分析——21世纪新材料CVD金刚石
法 的技 术特 点是 投 资少 、 技术 相对 简 单 、 长速度 快 （ 生 可达 ｌ ５“ｍ／ 、 ～ｌ ｈ）
验 研究 阶段 向实 际应 用 的工业 化 、 市 场 化方 向转 变 随着 技 术进 步和 工艺 的完 善 ， Ｖ 金刚石 产品质量 的稳 定 Ｃ Ｄ
天、 电子 、 通讯 、 波 等 多学 科 领域 ， 微
２． 功 率 （ 大 ６０～ １ ） 波 ０ｋＷ 微 ０ （ ＡＣＶＤ） ＭＰ ＣＶＤ 刚 石 制备 方 法 金
大功率 （０ Ｗ ） ６ｋ ￣ Ｃ Ｄ技术是另 Ｖ
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３ 电弧等离子体喷射（ Ｃ Ａｒ ｌｓ ａ ． Ｄ ｃｐａ ｍ
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上 ， 方法在涂层 中的应用最为成 功， 该
代表 性 的企 业 有 著 名 的美 国 Ｓ Ｐ３、
图 ２ 大 功率 微波 （ ＭＰＡｃＶＤ）设备 （ 左侧 是美 国设 备 图 ，右 侧是 德国设 备囝 ）
新彻料产业
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维普资讯
到 更多 更广 泛 的应用 。
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单 晶高速 外 延生 长 ， 沉 积速 度和 质 其
量 分别 达 到 １ ０ ０ ｍ／ｈ １ ０ Ｏ ～２ ０ ￣ １ 克 ３ 拉 。 为卡 内基研 究所利用 外延生长 图５ 技 术生产 的 单晶金 刚石 。 目前 ， ＣＶＤ单 晶金 刚石 的主要还
化学气相沉积金刚石膜的研究与应用进展[1]
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第31卷 第1期2010年 1月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTI O NS OF MATER I A LS AND HEAT TREAT MENTVol.31 No.1January2010化学气相沉积金刚石膜的研究与应用进展吕反修(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)摘 要:化学气相沉积(C VD )金刚石膜具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、力学、声学和电化学性能的组合,因此在一系列高新技术领域有非常好的应用前景,并曾在20世纪80年代中期形成席卷全球的“金刚石热”。
30余年来, C VD 金刚石膜研究取得了极其巨大的进展,但在产业化应用方面仍不尽人意。
本文对此进行了比较详尽地综述和评论,希望更多的人了解,并推进其研究和产业化进展。
关键词:金刚石膜; 化学气相沉积; 多功能材料; 产业化中图分类号:TG174145 文献标志码:A 文章编号:100926264(2010)0120015214Progress i n research and appli ca ti on develop m en t of CVD d i a m ond f il mL ΒFan 2xiu(School ofMaterials Science and Engineering,University of Science and Technol ogy Beijing,Beijing 100083,China )Abstract:CVD dia mond fil m is potentially a very p r om ising material in a series of high technol ogy app licati on fields because of the combi 2nati on of its excellent electrical,ther mal,op tical,mechanical,acoustic and electr ochem ical p r operties,by which the well 2known “D ia 2mond Fever ”was induced all over the world in the m id 80s of the 20thcentury .A lthough great p r ogress in R&D of C VD diamond fil m s was been achieved in the past 30years,however,the market size are still not s o big as expected .I n the p resent paper the p r ogress in the R&D as well as the commercializati on of C VD diamond fil m s is revie wed in detail,in the hope that more and more peop le will understand,and s o as t o push f or ward the p r ocess t o realize the large scale market app licati ons .Key words:dia mond fil m ;che m ical vapor depositi on (CVD );multi 2functi onal material;commercializati on收稿日期: 2009210214; 修订日期: 2009211218基金项目: 国家自然科学基金项目(50572007;50872010)作者简介: 吕反修(1943—),男,教授,博导,主要从事化学气相沉积金刚石膜研究,电话:010*********,E 2mail:fxlu@mater .ustb .edu .cn 。
宝石级人造钻石(大颗粒单晶金刚石)的设备介绍MPCVD新型的方法
宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。
有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。
这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。
用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。
主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。
高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究
高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究高性能CVD金刚石核探测器及相关电子器件研究导言：在核科学领域，高性能的核探测器及相关电子器件的研究发展是至关重要的。
随着科技的不断进步，理论和实验研究已经显示出金刚石在核探测领域具有巨大的潜力。
本文将重点探讨采用化学气相沉积（CVD）方法生长的金刚石薄膜作为核探测器及其相关电子器件的研究进展。
一、介绍核探测器是用于探测和测量放射性射线的一种设备。
在核科学、核能工业等领域，核探测器的性能将直接影响到核反应过程的研究和实验结果的精准度。
因此，开发出高性能的核探测器对于核科学和相关领域的发展具有重要的意义。
二、CVD金刚石核探测器的特点1. 高压高温CVD技术金刚石是一种由碳元素组成的材料，其具有很高的难溶性和高电子能带宽度等特性，这使得金刚石成为良好的半导体材料。
高压高温CVD技术是一种生长金刚石薄膜的方法，通过在高温高压的条件下，使含有碳元素的气体在金刚石衬底上沉积，从而得到金刚石薄膜。
这种方法可以生长出高质量的金刚石薄膜，并且可以对金刚石薄膜进行掺杂以改变其导电性能。
2. 优异的电学性能相比于其他材料，CVD金刚石具有许多优异的电学性能。
首先，金刚石的载流子迁移率非常高，这意味着电子在金刚石中具有良好的移动性。
其次，金刚石的能带带隙较宽，能够提供更高的工作温度范围，使得金刚石探测器具有更高的热稳定性。
此外，金刚石还具有较高的辐射硬度和辐射致损抗性，使其在高辐射环境下表现出更好的性能。
三、CVD金刚石核探测器的应用1. 核反应堆监测核反应堆的运行状态监测是确保核能安全的重要环节。
CVD金刚石核探测器可以用于测量核反应堆中的辐射剂量，以了解反应堆的辐射水平，并且可以快速检测到异常辐射情况，及时采取措施。
2. 放射治疗在放射治疗中，金刚石探测器能够测量和监测放射线的辐射剂量，以确保治疗的安全和有效。
其高能量分辨率和辐射硬度等特性使其成为理想的选择。
3. 核物理实验CVD金刚石核探测器可以在核物理实验中用于测量和分析粒子的能量、轨迹和种类，并且能够在高辐射的环境中保持稳定性能。
微波等离子化学气相沉积 and 金刚石
微波等离子化学气相沉积 and 金刚石【实用版】目录1.微波等离子化学气相沉积技术简介2.金刚石的特性与应用3.微波等离子化学气相沉积在金刚石制备中的应用4.微波等离子化学气相沉积金刚石的优势与挑战5.我国在微波等离子化学气相沉积金刚石领域的发展正文一、微波等离子化学气相沉积技术简介微波等离子化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，MPCVD）是一种先进的薄膜制备技术，主要通过微波能量激发等离子体，使其产生高活性的化学反应，从而实现对各种材料的气相沉积。
这种技术具有沉积速度快、薄膜均匀性好、生产效率高等优点，广泛应用于各种领域。
二、金刚石的特性与应用金刚石是一种由碳原子组成的同素异形体，具有极高的硬度、热导率和化学稳定性。
这使得金刚石在工业领域具有广泛的应用，如切割、磨削、钻孔等。
此外，金刚石还具有优良的电子性能，被认为是制备高性能电子器件的理想材料。
三、微波等离子化学气相沉积在金刚石制备中的应用微波等离子化学气相沉积技术在金刚石制备中的应用已经取得了显著的成果。
通过 MPCVD 技术，可以在较低的温度下制备出高质量的金刚石薄膜。
这种方法不仅可以提高生产效率，还能降低制备成本，为金刚石在各种领域的应用提供了更多可能。
四、微波等离子化学气相沉积金刚石的优势与挑战微波等离子化学气相沉积金刚石的优势主要体现在以下几个方面：1.高质量的金刚石薄膜可以在较低的温度下制备，降低了制备难度和成本。
2.沉积速度快，生产效率高，有利于实现大规模生产。
3.可以在各种基材上制备金刚石薄膜，为金刚石的应用提供了更多可能。
然而，微波等离子化学气相沉积金刚石仍面临一些挑战，如薄膜的均匀性、缺陷控制和金刚石晶体取向等问题，需要进一步研究和改进。
五、我国在微波等离子化学气相沉积金刚石领域的发展我国在微波等离子化学气相沉积金刚石领域的研究取得了显著成果。
许多科研机构和企业已经掌握了这一技术，并成功制备出高质量的金刚石薄膜。
化学气相沉积材料的制备与应用研究
化学气相沉积材料的制备与应用研究近年来，化学气相沉积(CVD)技术在材料研究领域取得了长足的发展。
CVD技术在制备各类材料方面具有明显的优势，能够实现高效、低成本、大规模的材料制备，因此被广泛应用于多个领域，如微电子、能源、光电子等。
本文将重点探讨CVD技术在材料制备与应用方面的研究进展。
一、CVD技术的基本原理和方法CVD技术是一种基于气相反应的材料制备方法，主要通过气体在高温条件下与固体表面反应生成所需的材料。
具体而言，CVD技术分为热CVD和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等几种方法，其中热CVD是最常用的一种。
热CVD利用高温反应炉，将反应气体与固体衬底接触，使气体中的反应物发生热解，并在表面重新排列形成所需材料。
二、CVD技术的材料制备CVD技术广泛应用于制备多种材料，如二维材料、金属薄膜、纳米材料等。
以二维材料为例，石墨烯是目前研究最为火热的二维材料之一。
通过CVD技术可以在金属衬底上制备大面积、高质量的石墨烯薄膜。
石墨烯的制备过程中，一般使用甲烷等碳源气体作为反应物，通过加热金属衬底使之热解，生成石墨烯层。
此外，CVD技术还可以用于制备金属薄膜，如铜、钴等金属的薄膜，用于电子器件的制备。
三、CVD技术的应用研究CVD技术在各个领域都有广泛的应用研究。
在微电子领域，CVD技术被用于制备高质量的晶体管薄膜，提高器件性能。
在能源领域，CVD技术用于制备各种薄膜太阳能电池，如硅薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等，以提高太阳能转换效率。
此外，CVD技术还广泛应用于光电子领域，如制备LED器件、光纤等。
CVD技术制备的材料具有高纯度、均匀性好、厚度可调等特点，能够满足光电子器件对材料性能的要求。
四、CVD技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，CVD技术也在不断发展。
一方面，CVD技术的研究重点逐渐从传统材料制备转向功能性材料的制备。
例如，CVD技术在制备人工智能材料方面的研究已经取得了重要进展，如制备催化剂、传感器材料等。
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到本文成文时，微波技术制备单晶 CVD 金刚石有两条技术途径： （ 1） 垂直生长技术途径，即沉积进行一定 时间后，停止沉积，将沉积样品取出，清除样品表面和更换样品夹持台后，再重新沉积，如此反复，使晶体的生长 方向始终沿着籽晶的法线方向。在这一生长途径中，籽晶夹持台（ holder） 是一个重要的部件，其形状和深度对 单晶生长都有着重要的影响［13，14］； （ 2） 侧向生长技术途径，这种技术途径有两种办法，一个是翻转法，另一个是 马赛克法。翻转法是将晶体沿（ 100） 方向生长一段时间后，中断沉积，将晶体翻转 90°，沿（ 010） 方向继续生长， 经过一段时间后，再次中断沉积，将晶体翻转回原来晶向，再继续生长，直到晶体面积达到设计要求［12，15，16］。马 赛克生长法是将小籽晶拼接成大籽晶，利用横向覆盖生长方法生长大尺寸晶体盘片的方法［17］。到本文成文时， 垂直生长技术已经可以生长出 10 克拉的单晶颗粒，侧向生长技术可以达到面积为 1 平方英寸的单晶盘片［18］。 微波技术的成功经验表明： 要进行单晶 CVD 金刚石的制备，生长速度必须非常高，一般要达到 50 μm / h，在充氮 的条件下，生长速度甚至可以达到 300 μm / h。而普通的微波生长金刚石的速度低于 10 μm / h，所以，单晶的微 波技术生长速度要超过普通微波技术的 10 到 30 倍！ 图 2 是采用微波不同技术途径制备的单晶 CVD 金刚石。
摘要： 自 2002 年世界上第一颗采用化学气相沉积（ CVD） 方法制备的大尺寸金刚石单晶被报道之后，碳材料领域在
世界范围内再一次掀起了 CVD 金刚石的研究热潮，单晶 CVD 金刚石也成为与石墨烯研究热度相当的又一种碳材
料。几乎同时，将这种优异的材料在各个可能的相关领域进行应用的研究也随之被广泛地开展起来，这些研究工
（ c） 12． 6 × 13． 3 × 3． 7 mm3 金刚石单晶［12］； （ d） 反复进行了 24 次生长的的单晶 CVD 金刚石（ 4． 65 克拉） ［14］
Fig． 2 CVD diamond crystalline prepared by different technology with micro： 1000-985X（ 2012） S1-0289-06
Growth of CVD Diamond Single Crystalline and Its Based Particle Detector
LI Bin1 ，LI Hong1 ，LV Fan-xiu2 ，CHEN Guang-chao3
图 2 采用微波不同技术途径制备的单晶 CVD 金刚石（ a） 其中浅褐色单晶 ～ 0． 5 克拉，近无色单晶 ～ 0． 2 克拉，
无色子弹形状的单晶 ～ 2． 2 克拉［19］； （ b） 10 × 10 × 0． 4 mm3 单晶 CVD 金刚石片（ 右） 和其被剥离的高温高压籽晶（ 左） ； ［15］
作逐渐表明： 在新世纪单晶 CVD 金刚石将在能源、太空、信息等领域得到广泛的应用，其对社会生活、国家安全和
科技进步将产生巨大的影响。本文在结合我们自己的工作基础上，综述了国内、外在单晶 CVD 金刚石制备领域的
进展及其在粒子探测器件领域的应用。
关键词： 化学气相沉积； 金刚石单晶； 探测器
中图分类号： O734
目前，开展微 波 制 备 技 术 研 究 的 单 位 主 要 为 美 国 卡 耐 基 大 学 的 毛 霍 光 组、日 本 产 总 研 的 Shinichi SHIKATA 组、瑞典 Uppsala Universityd 的 Jan Isberg 组［20］，国内的李红东教授组也是采用这种技术进行生长 和掺杂的研究［21］。英国 Element 6 公司采用该技术已经开始进行商业制备。
直流喷射电弧等离子体技术制备单晶 CVD 金刚
石有两种技术方案，一是固定法，二是动态生长法。所
谓固定法是将籽晶固定在试样托架上，沉积过程中籽
晶不动。这种方法除了采用金刚石单晶作为衬底基材
外，其他制备工艺与生长多晶 CVD 金刚石没有太大区
别。因此，也造成了这一技术途径的局限性，即由于易
（ 1． School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083； 2． School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China； 3． College of Materials Science and Opto-Electronic Technology，Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）
直流喷射电弧等离子体技术是继微波技术之后，又一个跨入“单晶俱乐部”的制备技术［22］。直流喷射 电弧等离子体技术在制备多晶金刚石时，取得过优异的成就，其生长速度在 1990 年达到 930 μm / h［23］，这一
速度至今没有任何其他金刚石 CVD 技术能够企及，并且在 1993 年制备出世界上第一块直径达到 100 mm、 厚度为 1 mm 的无色金刚石盘板，被认为是 CVD 金刚石最可能的实用化技术［24］。直流喷射电弧等离子体技 术制备单晶 CVD 金刚石原创于中国开始于 2005 年［25］，目前世界上只有中国拥有这项技术。
1引 言
金刚石是一种具有优异综合性能的物质，进入新世纪以来，人们在许多领域都表现出对这种独一无二的 材料的热切需求，比如： 苛刻条件下的探测器［1］、高压高功率节能器件［2］、微 / 纳机电系统［3，4］、量子计算［5］。
基金项目： 国家自然基金支持（ 50472095，50872009） ； 北京市自然科学基金（ 2062015） 作者简介： 李 彬（ 1974-） ，女，辽宁省人，讲师，博士研究生。E-mail： libin@ metall． ustb． edu． cn 通讯作者： 陈广超，教授，博士生导师。E-mail： gcchen@ gucas． ac． cn
Abstract： Large sized single crystalline diamond grain was first successfully grown by chemical vapor deposition （ CVD） method in 2002． Since then，the hot tide of CVD diamond has been raised in the sphere of carbon material all over the world． In the meanwhile，the application of CVD single crystalline diamond into various spheres was also developed． These researches gradually delineated that CVD single crystalline diamond could be widely utilized in the new century，and deeply influence the society life， national defense and science development． This paper reviewed the development of CVD single crystalline diamond and application into the particle detector． Key words： chemical vapor deposition； diamond single crystalline； particle detector
增刊
李 彬等： 金刚石单晶的化学气相沉积制备及其在粒子探测器件中的应用
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且这种富积缺陷的区域沿着生长方向不断增加，造成单晶体积逐渐减少。在侧向生长技术中的马赛克方法 中，生长在拼接处的部分是缺陷富积区域。因此，马赛克方法用于大尺寸籽晶制备是可能的，但是直接用于 功能晶体生长，其可行性值得商榷，而且，将拼接的籽晶去掉而不损伤生长的单晶也是一个很大的问题。
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人工晶体学报
第 41 卷
随着化石能源危机加重、温室效应导致的异常气候增加，各个国家都将新能源开发和节能减排安置在国家战 略的高度进行实施［6］，一些发达国家已将金刚石材料及其器件列入国家能源安全的材料保障［7］。然而，天 然金刚石因为储量有限、晶体质量千差万别，尤其是大尺寸天然金刚石很难获得，因此，很难应用于上述领 域。人造的高温高压金刚石，虽然可以进行晶体质量的优化，但是其尺寸问题，仍然是很难克服的障碍。相 比之下，化学气相沉积（ CVD） 金刚石在质量、尺寸和表面状态上都有巨大优势，因此，当 2002 年大尺寸单晶 CVD 金刚石被报道后［8］，全球再次掀起 CVD 金刚石的研究热潮［9］。本文正是在这样的背景下，结合我们自 己的工作，综述了国内、外在单晶 CVD 金刚石制备领域的进展以及在探测器件领域的应用。