金剛石晶體缺陷(defectindiamondcrystals)

指金剛石晶體中的夾雜物、點缺陷和晶格的線缺陷及面缺陷。多年來對金剛石晶體缺陷采用了電子顯微鏡、x光衍射、電子順磁共振和紅外光譜等現代方法進行研究，積累了豐富的實驗資料。

夾雜物對天然金剛石晶體中碳同位素組成進行分析，結果表明單晶體金剛石中，Cl₂／Cl₃值的變化在89.24-89.78范圍。對燃燒金剛石殘留灰分的分析證明，金剛石晶體中存在著雜質元素。無色金剛石的灰分為0.02％～0.05％，少數金剛石的灰分可達到5％左右。天然金剛石晶體中常可以觀察到包裹體。這些包裹體可以是氣體的(二氧化碳)、液體的(水)和固的。固體的包裹體有石墨、金紅石、磁鐵礦、石榴石、尖晶石、鈦鐵礦、橄欖石、石英等，有時還有金剛石，人造金剛石晶體中往往有金屬夾雜物，一般與金剛石有一定的共格關系。這些金屬通常是所用的熔(溶)媒金屬。

例如用鎳作熔(溶)媒的人造金剛石，經X光衍射分析，發現金剛石譜線中有一新物相產生的衍射譜線同金剛石產生的強度接近，在高角度下，這種衍射譜線有些加寬，顯示應變。新物相的晶格常數為0.3539nm，屬面心立方(而純鎳和金剛石的晶格常數分別為0.3524nm和0．3567nm，它同金剛石基體有著共格關系，像是富鎳的夾雜物。在低倍光學顯微鏡透射時可以看見黑色小斑點，這種夾雜物按重量約占百分之幾。用鈷作熔(溶)媒的人造金剛石中有面心立方結構的鈷存在，同鎳有類似情況。并在人造金剛石晶體中觀察到薄性狀缺陷，厚約50nm，平行于金剛石的(111)面，被認為是碳化物(如Ni₃C和Fe₃C)。還觀察到形狀規則的夾雜物，在同金剛石基體交界面上未顯出應力，在電子自旋共振譜線上發現有加寬效應，這表明人造金剛石中有鐵磁夾雜物，在真空熱處理(達1500℃)后，樣品的譜線寬度正常化。這可能與熱應力產生裂縫使夾雜物金屬易于擴散到表面等有關，樣品在機械破碎并經酸處理后，發現譜線上的加寬現象得到復原。

點缺陷在金剛石中有許多雜質元素存在，最普遍的點缺陷主要是雜質氮原子引起的。

天然金剛石中，依如氮的含量及其存在形式可分類工型金剛石能透過紫外光譜波長大于306．5nm的紫外光，吸收紅外光譜波長在7～10um的紅外光。工A型金剛石在電子順磁共振譜線上未見有共振吸收，在電子顯微鏡上觀察到(100)面上有片狀氮化物。I型金剛石顯出共振吸收，這與氮以順磁取代原子存在的結果。Ⅱ型金剛石能透過紫外光譜波長大于225nm的紫外光，并且還能透過紅外光譜波長在7～10um的紅外光。ⅡA型金剛石是絕緣體，ⅡB型是半導體，在天然金剛石中大約98％屬于工A型。

人造金剛石大部分屬IB型，含氮量在較寬的范圍內變化，如每立方厘米1014～1018個原子，有時可達1020個原子。樣品的電子順磁共振表明，譜線同單個不成對的電子出現有關，這種電子是定位在金剛石晶格中取代位置上的氮原子附近，采取去氮措施可得到ⅡA型金剛石，摻硼可以得到Ⅱ8型金剛石。

在人造金剛石電子順磁共振譜線中有一些新譜線，這與一些熔(溶)媒金屬原子在金剛石晶格中以間隙形式或取代形式存在有關。

晶格線缺陷和面缺陷用電子顯微鏡對含氮天然金剛石中的位錯環進行了觀察，發現它在接近于含氮層的{111}面上，并沿(110)方向延伸。這與形成含氮層時發生空位凝聚有關。在含氮量不超過每立方厘米l0¹⁸原子的金剛石中，沒有觀察到這種形式的位錯環。Ⅱ型金剛石的位錯密度一般比工型的高，大多數軸沿著(110)方向分布，還觀察到螺旋位錯，它的軸沿著(110)方向。還發現由包裹體開始的位錯以射線柬形式射向晶體的某些晶面和一些堆垛層錯。

在立方體和八面體的人造金剛石晶體上觀察到螺旋生長臺階，表明位錯的存在，并且用電子顯微鏡觀察已證實，位錯密度一般比天然金剛石中觀察到的要低。在人造金剛石多晶體中，觀察到晶粒界面上存在位錯網絡，這與滑移作用有關。人造金剛石表面的滑移線是少的，但金剛石中的堆垛層錯較普遍，這與生長速率有關。