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十年磨一剑,晶钻科技实现培育钻石规模制备
作者: 时间:2024/1/26 阅读:183次

    培育钻石是在实验室里模拟天然钻石的自然形成环境所培育成的合成钻石,有两种生产方法: HTHP 法 (高温高压,下同)和 CVD 法(化学气相沉积法,下同)。其中,运用CVD 法合成的金刚石,除了用于制作培育钻石珠宝首饰外,在芯片、微电子、量子、光学、超精密加工、高端医疗等众多高新技术领域均有广阔的应用前景,在国民经济中具有重要的战略地位。

    10年前,国内CVD大单晶金刚石的工业化生产尚属空白,生产设备一般是从日本、美国、德国等地进口,不光价格昂贵,核心配件还会受到出口掣肘,且无相应配套工艺。为了打破国外技术垄断,晶钻科技开启了自主研发之路。

    经过努力攻坚,晶钻科技在2013年成功研制出具备完全知识产权的“MPCVD”生长设备,2014年生产出首颗“MPCVD”单晶金刚石,2015年建设了首条“MPCVD”工业化生产线。时至今日,晶钻科技已经拥有1,100台“MPCVD”生产装备。 

晶钻科技CVD生产车间 

    实现高质量、低成本的大单晶籽晶制备

    CVD单晶金刚石生长,首先要取得符合晶向要求、上下表面平整的平板状单晶籽晶,同时需要严格控制籽晶边沿和整体的缺陷。制备合格的大单晶籽晶,是CVD法合成金刚石控制成本、提高质量的第一挑战。

    晶钻科技所研发的籽晶制备专用激光切割系统,能够实现激光切片的批量化生产,解决崩边、应力裂纹等问题,降低激光切割金刚石的热损伤。 

晶钻科技激光切片系统 

    晶钻科技自主研发的抛磨系统,能够有效去除切片后单晶金刚石的缺陷层,可实现80微米厚单晶薄片的高平行度精密磨抛,完成高质量籽晶的制备,为CVD单晶金刚石的生长奠定基础。80微米比纸张还薄,对于像金刚石这样硬脆的材料,需要非常精密的控制。 

晶钻科技抛磨系统 

    实现大面积、大厚度单晶金刚石稳定生长

    晶钻科技自主研发设计的CVD装备,在满足商业化生产的性能和成本要求后,经过不断迭代优化,在产品品质、生产效率等方面实现了一个又一个突破。

    产品尺寸方面,通过单晶金刚石的同质外延生长,晶钻科技目前可生产42mm*42mm以上的高品质单晶金刚石。产品纯度方面,可以做到20个ppb(溶液中溶质浓度单位,代表十亿分之一,下同)以内。可控掺杂方面,可以把硼、氮两种主要的掺杂元素控制在几十个ppb之内,基本满足了国内的科研以及工业化的需求。晶钻科技为国内几百家科研机构与企业提供大尺寸、高纯度单晶金刚石材料,在第三代半导体、量子晶体、光学窗口、精密传感器等“卡脖子”领域得到了重要应用。 

晶钻科技生产的42mm*42mm单晶金刚石 

    在珠宝应用领域,晶钻科技是全球为数不多能直接制备D、E、F色培育钻石的CVD生产商之一,具备成熟的粉钻、蓝钻等彩色培育钻石生长技术,可为客户提供定制化、规格化、批量化的培育钻石产品。   

晶钻科技彩色培育钻石产品 

    晶钻科技的迅猛发展得益于公司清晰的战略定位与工作部署。展望未来,晶钻科技将以金刚石材料为核心,打造生长装备、工艺装备、加工装备及检测装备等4大关键平台,采取“高品质消费品+高端工业应用”的多元化产品策略,致力于构筑起金刚石产业新的增长极。

来源:中国珠宝玉石首饰行业协会
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