Die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) ist ein Verfahren, bei dem Diamanten aus einem Kohlenwasserstoffgasgemisch gezüchtet werden. Bei diesem Verfahren wird ein dünner Diamantkeim in eine versiegelte Kammer gelegt, auf etwa 800 Grad Celsius erhitzt und die Kammer mit einem kohlenstoffreichen Gas wie Methan, das mit anderen Gasen vermischt ist, gefüllt. Die Gase werden ionisiert, wodurch ihre molekularen Bindungen aufgebrochen werden und reiner Kohlenstoff an dem Diamantkeim haften bleibt. Dieser Kohlenstoff baut sich dann Atom für Atom, Schicht für Schicht auf und bildet einen neuen Diamantkristall.
Ausführliche Erläuterung:
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Vorbereitung des Diamantsaatguts:
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Das Verfahren beginnt mit der Auswahl einer dünnen Scheibe des Diamantsamens, die in der Regel etwa 300 Mikrometer dick und 10 x 10 mm groß ist. Dieser Keim stammt häufig von einem zuvor im Labor hergestellten Diamanten. Er wird gründlich gereinigt, um sicherzustellen, dass keine Defekte vorhanden sind, da jegliche Verunreinigungen zu Einschlüssen in dem neuen Diamanten führen würden.Einrichten der Kammer:
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Der gereinigte Diamantsamen wird in eine versiegelte Kammer gelegt. Die Versiegelung ist wichtig, um zu verhindern, dass Gase von außen eindringen, die die Reinheit und Qualität des gezüchteten Diamanten beeinträchtigen könnten.
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Einleiten von Gasen:
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Die Kammer wird dann mit einem kohlenstoffreichen Gasgemisch gefüllt, in der Regel Methan in Kombination mit Wasserstoff. Manchmal wird auch Stickstoff zugegeben, um den Prozess zu beschleunigen, obwohl dies zu einer gelblichen Färbung des Diamanten führen kann, was von den Herstellern hochwertiger synthetischer Diamanten im Allgemeinen vermieden wird.Erhitzung und Ionisierung:
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Die Gase in der Kammer werden auf sehr hohe Temperaturen erhitzt, in der Regel auf etwa 800 °C. Diese hohe Temperatur ist notwendig, um das kohlenstoffhaltige Gas und den Wasserstoff aufzuspalten, wodurch die Bildung reaktiver Gruppen erleichtert wird. Anschließend werden die Gase ionisiert, oft mit Hilfe von Mikrowellen oder Lasern, wodurch die Molekularbindungen in den Gasen aufgebrochen werden.
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Abscheidung und Wachstum:
Durch die Ionisierung werden die Gasmoleküle aufgespalten, so dass reiner Kohlenstoff an dem Diamantkeim haften bleibt. Dieser Kohlenstoff baut sich langsam auf dem Keim auf und bildet starke atomare Bindungen mit der vorhandenen Diamantstruktur. Das Wachstum erfolgt Schicht für Schicht, wobei jede Schicht die Größe und Komplexität des Diamantkristalls erhöht.
Kontrollierte Umgebung:
