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高质量单晶金刚石的合成与表征
2.1 高质量单晶金刚石的合成
高质量单晶金刚石的合成包括超高纯度生长（如低的杂质浓度）和高结晶质量（如低位错密度）生长两方面。MPCVD法因具有等离子体密度高、无放电电极污染、控制性好等优点，被认为是制备高质量金刚石的首选方法。用于同质外延生长CVD金刚石的籽晶质量的优劣对制备高品质单晶金刚石具有较大影响。籽晶材料缺陷一般存在本征缺陷和表面加工带来的损伤缺陷两类，可通过晶种筛选和表面刻蚀来提高籽晶质量。同时，在单晶金刚石的生长过程中，生长气体的纯度对于高质量金刚石的生长也有重要影响，可以通过增加过滤装置来提高用于生长气体的纯度，以获得高质量的金刚石。
2.2 高质量金刚石中杂质与缺陷的表征技术
除拉曼光谱可用于表征金刚石的晶体质量外，有关CVD金刚石的表征手段可以分成用于杂质分析的表征手段和用于位错分析的表征手段。用于杂质分析的手段可以采用光谱、质谱以及磁共振等，其中光谱方法通常有光致发光光谱（PL）、红外光谱、紫外-可见-近红外吸收光谱（UV–Vis-NIR）等，分别表征金刚石中氮空位杂质、键合氮等。采用高分辨X射线衍射（HRXRD）摇摆曲线模式和白光形貌术可以分别表征金刚石中位错的含量和分布。当位错密度低于106 /cm2时，根据X射线衍射峰半峰全宽拟合计算晶体平均位错密度的方法得到的结果将不准确，此时通常用白光形貌术直接观察，或者等离子体刻蚀数位错露头的方法确定位错密度。常规高质量单晶CVD金刚石的表征结果如图1所示。同时光致发光光谱的定量计算可以基于光致发光峰与金刚石本征峰强度的比值计算氮空位含量。
二次离子质谱（SIMS）、电子顺磁共振（EPR）等表征技术可以定量计算金刚石中所含杂质。图2所示为元素六和北京科技大学制备的高质量单晶金刚石EPR测试结果，Ns含量分别为4.3 10-7%和2.4 10-7%。
图1 北京科技大学制备的高质量单晶金刚石 (a)拉曼光谱；(b)红外光谱；(c)紫外光谱；(d)X射线摇摆曲线测试结果
图2 元素六(a)和北京科技大学(b)制备的高质量单晶金刚石EPR测试结果
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金刚石核辐射探测器研究现状
3.1 金刚石核辐射探测器的原理
金刚石核辐射探测器的原理与其他半导体核辐射探测器类似，其原理示意图如图3所示。当粒子穿过金刚石时将释放能量，沿着带电粒子的轨道产生电子-空穴对。在外加电场的作用下，这些载流子开始向电极漂移，产生可以被检测的信号。电压被施加在几百微米厚的金刚石层上，当带电粒子穿过金刚石时，晶格位点中的原子被电离，促进电子进入导带，并在价带中留下空穴。
