含氮雜質的CVD合成鑽石

2020-11-30 鑽石鑑賞評測

近幾年來,化學氣相沉積法(CVD)生長的人造金剛石已成為珠寶行業的一個重要的話題。這些鑽石可以在低壓和中高溫(大約800到900攝氏度)下合成,在珠寶中得到了更廣泛的應用。化學氣相沉積合成鑽石几乎總是棕色或無色的IIa型鑽石,幾乎不含有氮或硼雜質元素。從而合成得到了稀有的Ib或IIb型鑽石。

最近,一個不尋常的0.94 ct花色黃褐色翡翠切割(圖1)被提交給GIA的合成鑽石分級報告。它包含一團黑色針狀包裹體,出現在一個平面上(圖2),在光纖照明下顯示出微弱的綠色透射。在交叉偏振光下,人造鑽石呈現出黑白斑駁的應變圖案,其外觀與天然IIa型鑽石中通常出現的交叉「塔塔米」圖案有些相似(圖15,右)。紅外光譜顯示,它是IAa型,晶格中大約有10 ppm聚集的氮原子對(圖16)。鑽石視圖成像顯示在CVD合成鑽石中常見的紅色螢光和平面生長模式(圖17)。光致發光光譜檢測到在化學氣相沉積生長過程中引入的矽空位缺陷(未見圖),進一步研究紅外光譜發現在3123釐米處有一個很弱的峰。(再一次,見圖3),證實這是一顆正在生長的化學氣相沉積合成鑽石。

圖2.在人造金剛石中觀察到一團針狀包裹體(左,放大50×).側視圖清楚地顯示雲被限制在一個平面上(中心,放大45×)。在交叉偏振光下,可見斑紋和交叉應變圖(右,放大15×)。

這標誌著GIA首次對含有聚集的氮雜質的CVD合成金剛石進行了檢測。在HPHT處理過程中,雖然某些CVD合成物經過HPHT處理以去除棕色調,但在2000℃以上的溫度下,氮原子通常開始聚集成對,光譜學證據表明,該樣品沒有進行過這種處理。目前還不清楚氮雜質是如何進入聚集狀態的。一種IAA型天然金剛石可能被用作多階段CVD生長的種晶,並保留在目前的寶石中,從而產生FTIR結果。然而,沒有發現這種情況的明確證據。目前正在進行更多的研究,以了解這種含有聚集的氮雜質的不尋常CVD合成鑽石。

圖3.紅外光譜顯示CVD合成金剛石為IAA型,具有聚集的氮原子對,這是第一個CVD合成金剛石GIA看到的這種結構的氮雜質。3123釐米–1峰值證實這是一顆生長良好的CVD鑽石。

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