Como garantir a pureza dos diamantes sintéticos criados por deposição química de vapor

Os diamantes sintéticos são criados e usados em todo o mundo, para aplicações semelhantes às dos diamantes naturais. Recentemente, o método de usar a deposição de vapor químico (CVD) para "cultivar" diamantes em condições de laboratório tornou-se mais comum.

Embora seja mais caro do que a técnica tradicional de alta pressão e alta temperatura (HPHT), CVD produz o melhor grau possível de diamantes sintéticos em um tempo relativamente curto. Os diamantes HPHT são, em sua maioria, de grau industrial, enquanto os diamantes CVD de alta qualidade também são adequados para joias.

O controle cuidadoso dos traços de impurezas no metano e no hidrogênio de alta pureza é fundamental para garantir a qualidade e o grau dos diamantes sintéticos criados por deposição química de vapor. A melhor maneira de conseguir isso é usar um cromatógrafo de gás de processo altamente preciso para detectar traços de nitrogênio na matéria-prima. Medições de traços de oxigênio e umidade também são frequentemente necessárias para alguns processos de CVD para garantir a pureza do metano e do hidrogênio.

Como a Deposição Química de Vapor produz diamantes sintéticos?

A técnica de deposição química de vapor usa uma mistura de gás hidrocarboneto para criar um plasma de carbono sobre um substrato, no qual os átomos de carbono se depositam e se acumulam para formar uma estrutura cristalina. se acumulam para formar uma estrutura cristalina.

Desde o início da década de 1980, esse método tem sido objeto de intensa pesquisa em todo o mundo. O crescimento por CVD envolve a preparação do substrato, alimentar quantidades variáveis de gases em uma câmara e energizá-los.

O silício é frequentemente usado como substrato porque tem uma orientação cristalográfica adequada. Em seguida, esse substrato é limpo com um pó de diamante abrasivo para preparar a superfície para a deposição dos átomos de carbono. Embora o CVD seja um método químico, ainda são necessárias altas temperaturas para produzir o plasma, e o substrato é aquecido a cerca de 800 °C.

O metano de alta pureza é o gás mais comum usado como fonte de carbono para os diamantes sintéticos. Ele é misturado com hidrogênio UHP em quantidades quase quantidades quase iguais em uma proporção de 1:99.

O hidrogênio é essencial para o processo, pois ele elimina seletivamente o carbono que não é do diamante. Para que a reação ocorra, os gases são ionizados em radicais quimicamente ativos. Isso ocorre dentro da câmara de crescimento usando uma fonte de energia, como micro-ondas ou um filamento quente.

O grau dos diamantes e a velocidade de produção dependem da pureza das matérias-primas de metano e hidrogênio, E é nesse ponto que um analisador de traços de impureza altamente preciso, como um cromatógrafo de gás de processo, é necessário. Esse tipo de instrumento tem a sensibilidade para medir traços de N2 até 0,5 ppb, com repetibilidade de 0,1%.

Quais produtos são recomendados para garantir a qualidade e a pureza dos diamantes sintéticos?

Porque são necessárias várias medições para uma análise completa de traços de impurezas, o LDetek MultiDetek3 é recomendado porque tem a capacidade de monitorar vários fluxos de gás para diferentes impurezas simultaneamente, oferecendo essencialmente a capacidade de dois GCs em um.

Em alguns processos de CVD, a análise de traços de O2 e de umidade também é necessária para garantir a pureza dos gases aditivos e da mistura de hidrogênio/metano, e o MultiDetek3 pode ser configurado para capturar todas essas medições da seguinte forma:

Canal 1:

O primeiro canal é configurado com um Detector de Emissão de Plasma (PED), usando Hélio ou Argônio como gás de arraste, dependendo da preferência do usuário. O detector de plasma é montado com um filtro óptico seletivo para medir N2 e outro filtro para medir O2. Essas duas impurezas podem então ser medidas sem serem afetadas pelo gás de fundo ou por outras moléculas de gás de interferência.

A amostra é simplesmente injetada em uma coluna de peneira molecular e as impurezas O2-N2 são medidas pelo detector de emissão de plasma. Usando esse método, as impurezas podem ser medidas de baixo ppb até ppm nas misturas de gás necessárias contendo He/Ar/H2/CH4. O mesmo detector de emissão de plasma (PED) também pode ser usado para medir o traço de amônia (NH3) em ppb/ppm nas diferentes misturas de gás. Um caminho de fluxo cromatográfico separado usando as colunas capilares apropriadas será usado.

Canal 2:

O segundo canal é montado com um sensor de cristal de quartzo capaz de medir traços de umidade de ppb a ppm de forma contínua. O gás de amostra é regulado com seu controlador de fluxo de massa e medido pelo sensor. O MultiDetek3 GC tem um dispositivo de calibração de permeação de umidade integrado que valida periodicamente o sensor de cristal de quartzo.

Ao trabalhar com o MultiDetek3, o LDGSS Stream Selector System alterna automaticamente entre os fluxos de gás e O sistema de seleção de fluxo doLDGSS se encaixa no sistema LDRack junto com o MultiDetek3 para fornecer uma solução compacta para a fabricação de diamantes sintéticos usando deposição de vapor químico. sintético usando a deposição de vapor químico.

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