CVD合成鉆石工藝中種晶預(yù)處理及其后期處理研究進(jìn)展

劉欣蔚，陳美華

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

鉆石又名金剛石，是世界上公認(rèn)的“寶石之王”，因其璀璨的外觀、極高的硬度和稀少的產(chǎn)量，深受大眾喜愛。鉆石作為寶石市場(chǎng)上最熱門的裝飾品、收藏品之一，并且與愛情和婚姻緊密相關(guān)，使之帶有極高的人文價(jià)值。另外，隨著鉆石許多特殊的性能逐漸被發(fā)現(xiàn)，鉆石不僅作為價(jià)值連城的珠寶，其在工業(yè)上的應(yīng)用也十分廣泛。鉆石存在于地下129～400公里深處[1]，隨著火山爆發(fā)的巖漿奔涌到地表形成礦藏，由于其開采困難，產(chǎn)量稀少，無法滿足人們各方面的需求，于是人工合成鉆石應(yīng)運(yùn)而生。MPCVD合成鉆石的方法是目前合成鉆石的主流方法之一，其相關(guān)工藝是研究的重點(diǎn)，生長(zhǎng)前對(duì)種晶的預(yù)處理對(duì)后期晶體生長(zhǎng)有重要的影響，生長(zhǎng)完成的晶體進(jìn)行后期處理對(duì)CVD鉆石外觀的改善也具有重要意義。

1 鉆石的分類及石墨相和鉆石相轉(zhuǎn)化機(jī)制

1.1 鉆石的分類

鉆石根據(jù)形成方式不同，分為天然鉆石和人工合成鉆石，而合成鉆石可以分為HPHT合成鉆石和CVD合成鉆石；根據(jù)鉆石中N、B元素的含量及其存在形式，可將其分為Ⅰ型鉆石和Ⅱ型鉆石。

Ⅰ型鉆石含有N雜質(zhì)，根據(jù)N在晶格中的存在方式，Ⅰ型鉆石可分為Ⅰa型和Ⅰb型，Ⅰa型鉆石內(nèi)N呈有規(guī)律的聚合狀態(tài)。Ⅰb型鉆石中，N雜質(zhì)以孤立的原子取代C原子的形式存在，大多數(shù)HPHT合成的鉆石屬于這個(gè)類型。

Ⅱ型鉆石含有極少或者不含N雜質(zhì)。Ⅱa型鉆石不含N或者含量極少，大多數(shù)CVD鉆石屬于這個(gè)類型；Ⅱb型鉆石含有微量的B雜質(zhì)，通常呈藍(lán)色。

1.2 鉆石相轉(zhuǎn)化機(jī)制

經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，眾多學(xué)者和研究人員經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的探索與實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了石墨與鉆石之間轉(zhuǎn)換的機(jī)理，為各種合成方法提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)。

如圖1所示[2]，在碳各相穩(wěn)定的平衡線之上，鉆石是穩(wěn)定相，石墨是亞穩(wěn)定相；而穩(wěn)定線之下石墨是穩(wěn)定相，鉆石是亞穩(wěn)定相。在HPHT條件下，石墨相將會(huì)向鉆石相轉(zhuǎn)變，并且鉆石相一旦形成，在室溫或者一般的環(huán)境條件下，會(huì)以鉆石亞穩(wěn)定相穩(wěn)定存在于自然界中。直到在無氧環(huán)境下，升溫至1300～2100K時(shí)，鉆石相才會(huì)向石墨相轉(zhuǎn)變。CVD合成法是在以石墨為穩(wěn)定相的條件下進(jìn)行的，即在非傳統(tǒng)熱力學(xué)平衡條件下進(jìn)行合成，并且該條件下鉆石與石墨的化學(xué)位相似，故反應(yīng)過程中會(huì)同時(shí)生成鉆石相與石墨相。因此反應(yīng)中如何抑制石墨相的生長(zhǎng)是 CVD 法合成鉆石需要考慮的重要方面之一。

圖1 碳的P-T相圖[2]Fig.1 P-T phase diagram of carbon

2 種晶的預(yù)處理工藝

在CVD生長(zhǎng)單晶鉆石實(shí)驗(yàn)工藝中，作為其生長(zhǎng)基底的種晶在同質(zhì)外延的生長(zhǎng)過程中至關(guān)重要。種晶質(zhì)量的好壞直接影響后期生長(zhǎng)鉆石的晶體質(zhì)量，種晶質(zhì)量差也是導(dǎo)致生長(zhǎng)出現(xiàn)多晶的重要原因之一。因此在進(jìn)行單晶金剛石外延生長(zhǎng)之前，通常都要對(duì)基底表面進(jìn)行必要的預(yù)處理，這樣既可以降低基底表面的粗糙度，減少基底表面的雜質(zhì)和缺陷，又能提供外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，同時(shí)這也是沉積光滑平整外延面和連續(xù)生長(zhǎng)大顆粒晶體的保證[3]。

種晶在生長(zhǎng)前的處理主要包括物理處理方法、化學(xué)處理方法和等離子體刻蝕的方法，以及馬賽克種晶拼接技術(shù)。

2.1 物理及化學(xué)處理

基底預(yù)處理是一個(gè)連續(xù)多步的過程。通常，最先對(duì)基底進(jìn)行的預(yù)處理步驟是機(jī)械拋光預(yù)處理。Mokuno等人研究表明，對(duì)基底進(jìn)行機(jī)械拋光可以降低基底表面的粗糙度，減少位錯(cuò)，這是同質(zhì)外延合成單晶金剛石的一個(gè)必要條件[4]。

在機(jī)械拋光后接著進(jìn)行一系列化學(xué)清洗。使用酸處理可以使用硫酸煮沸處理或使用加熱的王水進(jìn)行處理，這可以較徹底地除去基底表面的雜質(zhì)。另外，選取丙酮進(jìn)行浸泡或者超聲清洗，可用于去除表面有機(jī)物等[5]。

齊永恒在鉆石生長(zhǎng)前對(duì)種晶和種晶托進(jìn)行深度清洗，祛除表面殘留的各種雜質(zhì)。首先在煮沸的濃硫酸中清洗種晶約20min，再用去離子水反復(fù)沖洗掉酸液，之后將清洗好的種晶放入丙酮中保存。在生長(zhǎng)前還需要使用無水乙醇和超聲波清洗機(jī)清洗種晶及種晶托約10min左右，后用純凈水反復(fù)清洗，干燥后再進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 等離子體刻蝕處理

種晶在放入腔體待生長(zhǎng)前，還需對(duì)其進(jìn)行等離子體刻蝕。對(duì)基底進(jìn)行等離子體刻蝕預(yù)處理有利于外延生長(zhǎng)出表面光滑平整、高質(zhì)量的金剛石，這是因?yàn)榈入x子體刻蝕預(yù)處理能夠有效移除基底表面上的晶體缺陷、表面及亞表面損傷等。

因?yàn)?C-H 鍵的結(jié)合能比 C-C 鍵的結(jié)合能強(qiáng)[6]，原子氫起著產(chǎn)生金剛石生長(zhǎng)位、選擇性刻蝕石墨并穩(wěn)定金剛石表面的作用，也有助于 sp2雜化的 C-C 鍵轉(zhuǎn)化為 sp3雜化鍵。大致為H原子萃取表面C原子，表面的H原子在沒有其他基團(tuán)附生的情況下，被另外的H原子萃取再形成氫氣分子[7]。另外，隨著氧氣濃度的增加，O2或O可對(duì)金剛石表面有氧化作用[8]；當(dāng)O2濃度增加時(shí),等離子體中O的濃度亦隨著上升,其對(duì)金剛石的刻蝕作用開始增強(qiáng)[9]。

2004年，Tallaire等研究了O2/H2等離子體刻蝕預(yù)處理對(duì)CVD金剛石膜的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過刻蝕后，合成的單晶金剛石的質(zhì)量明顯提高，其形貌也得到了改善[10]；2005年，Michinori Yamamoto等對(duì)基底進(jìn)行了氧等離子體刻蝕預(yù)處理得出了相似結(jié)果，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧刻蝕后的基底表面出現(xiàn)了刻蝕坑，且刻蝕坑的數(shù)目隨著氧濃度的增加而增多[11]；2009年，I．Friel等使用有Ar/Cl2混合氣體的ICP對(duì)基底進(jìn)行刻蝕處理后發(fā)現(xiàn)，沒有出現(xiàn)刻蝕坑，而且該預(yù)處理后的基底表面從微觀上來看也沒有出現(xiàn)表面粗化的現(xiàn)象[12]。

2.3 馬賽克拼接生長(zhǎng)技術(shù)

20世紀(jì)90年代，Mosaic拼接法由Geis等人提出，實(shí)現(xiàn)20～30顆晶體的定向拼接，并在其上生長(zhǎng)出20μm厚的連續(xù)單晶薄膜[13]。荷蘭奈梅亨大學(xué)的Janssen等人將兩塊HPHT鉆石拼接成種晶，采用熱絲CVD法生長(zhǎng)后將兩塊金剛石連接[14]。法國(guó)巴黎大學(xué)的 Fingeling-Dufour等人研究了不同晶向角度偏差對(duì)拼接籽晶生長(zhǎng)模式及接縫生長(zhǎng)質(zhì)量的影響[15]。法國(guó)科學(xué)院Tallaire等人在最優(yōu)化參數(shù)下對(duì)7塊籽晶進(jìn)行拼接，獲得了約一英寸的完整 CVD金剛石單晶層，但接縫處仍存在一定的缺陷及多晶相[10]。

2011年，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合技術(shù)研究所的Yamada等人采用lift-off法，重復(fù)生長(zhǎng)并剝離CVD鉆石基片，從而獲得一批具有相同晶格的晶體，該鉆石基片的“克隆”生長(zhǎng)方式如圖2所示[16]。 目前，Yamada等人在由24顆單晶鉆石拼接而成的種晶上，實(shí)現(xiàn)了生長(zhǎng)40mm的單晶金剛石層[17]。

2016年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)舒國(guó)陽等人，使用HPHT種晶的拼接放置及同時(shí)生長(zhǎng)。對(duì)雙籽晶、三籽晶和四籽晶分別進(jìn)行了拼接生長(zhǎng)，獲得了大尺寸的Mosaic拼接單晶鉆石[18]。

圖2 馬賽克拼接生長(zhǎng)示意圖[16]Fig.2 Mosaic growth diagram

3 生長(zhǎng)樣品后期處理

CVD生長(zhǎng)完成后，往往需要在反應(yīng)腔里繼續(xù)刻蝕一段時(shí)間，刻蝕可以除去一些晶體質(zhì)量不好的部分及非金剛石相。另外，在CVD鉆石生長(zhǎng)過程中，氮元素的摻入難以避免，氮元素的加入可以有效提高鉆石的生長(zhǎng)速率及生長(zhǎng)質(zhì)量，除此之外，空氣中也有氮?dú)獬煞?。而氮元素極易在鉆石生長(zhǎng)過程中形成色心，使得生長(zhǎng)出來的鉆石帶褐色調(diào)。鉆石的后期處理可以有效地改善鉆石的褐色調(diào)，并可改色處理成彩色鉆石，增加其寶石價(jià)值，所以CVD合成鉆石的生長(zhǎng)后處理十分重要。

3.1 等離子體刻蝕處理

等離子體的刻蝕原理與生長(zhǎng)前的刻蝕原理一致，主要使用的氣體有O2和H2等，除前文提到的預(yù)處理等離子體刻蝕的研究外，早在本世紀(jì)初，國(guó)外學(xué)者就進(jìn)行了大量有關(guān)等離子體刻蝕CVD 金剛石膜方面的基礎(chǔ)性研究，主要圍繞控制等離子體參數(shù)、研究刻蝕表面粗糙度和刻蝕速率等方面。

1992年，Dorsch等使用氧氣為反應(yīng)氣體，采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)法，得出刻蝕速率隨刻蝕深度的增加而減小[19]的結(jié)論。1995年，Werner 等在反應(yīng)氣體中加入SF6大幅度降低了刻蝕表面的粗糙度，提高了刻蝕速率[20]。1997年 Sirineni等利用射頻等離子體技術(shù)得出，在一定條件下，射頻功率的增大能夠提高刻蝕速率；提高壓強(qiáng)也可以提高刻蝕速率同時(shí)降低表面粗糙度[21]。2005年，Enlund在使用電感耦合等離子體系統(tǒng)(ICP)中，以O(shè)2/Ar 混合氣體發(fā)現(xiàn)刻蝕后單晶膜表面非常光滑，刻蝕速率達(dá)200nm/min[22]。

另外，國(guó)內(nèi)主要還研究了刻蝕CVD金剛石膜機(jī)理等。2003年，呂憲義等采用微波等離子體法，研究得出氧濃度大時(shí)刻蝕作用強(qiáng)，反之刻蝕作用弱，且優(yōu)先刻蝕金剛石的晶界[23]。2006年，李德貴等研究得到空氣中的氮和氧均對(duì)金剛石中的無組織碳相能有效刻蝕[24]。2007年，鄭國(guó)鋒等研究得出提高功率能夠增強(qiáng)刻蝕強(qiáng)度，但高功率下體現(xiàn)各向異性[26]。

3.2 輻照處理

國(guó)際上鉆石輻照處理研究起步較早， Lotus Colors、Dianer Diamonds、Gemone Diamonds等公司已有較成熟的商業(yè)化輻照鉆石產(chǎn)品，且顏色豐富。例如Gemone Diamonds公司現(xiàn)可通過輻照處理或聯(lián)合處理將0.01～5.00ct的鉆石處理成綠色、藍(lán)色、黃色、紅色等不同色調(diào)的鉆石[26]。

Ⅱa型粉紅色鉆石與N-V中心及550nm吸收帶有關(guān)。當(dāng)鉆石中有孤立的氮原子存在時(shí)，可以通過高能輻射(如電子輻射)加較低溫度熱處理的方法來產(chǎn)生N-V中心?；瘜W(xué)氣相沉淀合成法形成的鉆石中通常含有少量的孤立氮原子，這類合成鉆石也適合于通過處理的方法來獲得粉紅色至紅色顏色。通過控制中心的密度，可產(chǎn)生各種各樣的從弱粉紅色至深色的粉紅色。這類處理鉆石大多帶有紫色至橙黃色色彩，但也能見到純粉紅色甚至紅色的鉆石[27]。

國(guó)內(nèi)對(duì)寶石的輻照處理研究還處于基礎(chǔ)階段。2016年，張彩慧等人[28]在使用電子輻照產(chǎn)生藍(lán)色鉆石的工藝探究的樣品中，有選取CVD合成鉆石，在束流能量為2Mev、束流強(qiáng)度為10mA條件下接受輻照，當(dāng)輻照劑量達(dá)10～12MGy時(shí)，顏色即可發(fā)生改變。輻照前，合成鉆石樣品的UV-VIS吸收譜中缺少天然鉆石中常見的N2、N3吸收，而具737nm、275nm或596nm合成鉆石特征峰；輻照后產(chǎn)生GR1(741nm)吸收，紅光透過率降低，藍(lán)光透過率增加，導(dǎo)致鉆石呈藍(lán)色。CVD鉆石在輻照前后的紅外光譜無明顯變化，且無雜質(zhì)N、B的吸收，Ⅱa型未變。

3.3 HPHT處理

HPHT處理是一項(xiàng)有效改善CVD鉆石顏色質(zhì)量的方法。例如，可以用HPHT處理的方法去除厚CVD鉆石膜中的褐色調(diào)，使其呈現(xiàn)出更加迷人的寶石色彩[29]。目前CVD合成的大塊的單晶鉆石都呈褐色，去除褐色也是其成為CVD鉆石首飾的重要一步。因?yàn)楹稚腃VD鉆石有結(jié)構(gòu)缺陷，HPHT處理后能致色。高壓高溫處理可以去除一些不需要的顏色，諸如摻氮CVD鉆石原本的褐色，來加深550nm吸收帶，所產(chǎn)生的粉紅色通常帶有橙色和灰色調(diào)，HPHT處理CVD鉆石產(chǎn)生粉色或綠色，是常見的顏色轉(zhuǎn)變[30]。

去除CVD鉆石的褐色調(diào)的溫度不需要很高，達(dá)到1200℃以上即可，并且也不需要外加穩(wěn)定的壓力。退火溫度在1500℃、一個(gè)大氣壓的條件下，可以明顯看到在可見光范圍內(nèi)的透過率增加，CVD的褐色調(diào)變淺。在1900℃時(shí)，一顆摻氮的近褐黑色鉆石能在HPHT的處理后完全褪色呈無色，在變?yōu)闊o色的過程中，可見出現(xiàn)淡藍(lán)色的過渡色[31]。在1500℃～2200℃、壓力4～5GPa的條件下，經(jīng)過HPHT處理可以使不透明的CVD鉆石褪色。在高溫2400℃HPHT處理幾個(gè)小時(shí)后，褐黑色鉆石可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼰o色鉆石[32]。

Qi Liang[33]等人的實(shí)驗(yàn)選取了幾顆在微波等離子體中生長(zhǎng)的單晶CVD鉆石，生長(zhǎng)條件為5%～20% CH4/H2, 0.2%～3% N2/CH4,壓力21332～29330Pa，溫度1100℃～1500℃，最高生長(zhǎng)速率達(dá)50～150μm/h。將這些鉆石放入2000℃、5～7GPa六面壓帶中進(jìn)行HPHT處理，可將淺褐色或深褐色的CVD單晶鉆石轉(zhuǎn)變呈透明無色。另外，由于HPHT處理后的鉆石可將缺陷和含雜質(zhì)元素的部分重組，在維氏硬度測(cè)試中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過HPHT退火處理的單晶鉆石擁有極高的硬度以及優(yōu)越的韌性。

3.4 LPHT處理

LPHT處理能直接使用CVD鉆石的生長(zhǎng)設(shè)備，從而使CVD鉆石從生長(zhǎng)到處理一體化完成，高效地利用設(shè)備，降低處理成本，所以LPHT處理也是實(shí)現(xiàn)改善CVD合成鉆石的重要方法之一。

2015年，紐約GIA實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)到三顆粉色的經(jīng)LPHT處理的CVD鉆石。中紅外光譜,如圖3所示，顯示的2810cm-1、2879cm-1、2900cm-1、2937cm-1、2948cm-1和3031cm-1等一系列吸收峰，均是其經(jīng)過LPHT處理所致；3123cm-1峰與NVH0帶有關(guān)，這個(gè)缺陷常見于CVD合成鉆石中，同樣在這幾顆經(jīng)LPHT處理的CVD鉆石的紅外圖譜中出現(xiàn)，而常出現(xiàn)在HPHT處理的CVD鉆石中的3107cm-1(N3VH)缺失；另外也出現(xiàn)1353cm-1、1362cm-1、1371cm-1、4335cm-1、4523cm-1、4648cm-1、4673cm-1、4727cm-1、4886cm-1和5218cm-1一組未知峰。在可見-近紅外光譜，一個(gè)寬的吸收帶最高峰位在525nm，尖銳的氮空位吸收峰575nm(NV0)和637nm(NV-)均與呈粉色和橙色的部分有關(guān)；在DiamondView下呈鮮艷的橙色，也是與N-V中心有關(guān)；PL光譜中也可觀察到非常強(qiáng)的514nm N-V中心[34]。

圖3 經(jīng)LPHT處理的CVD鉆石紅外光譜圖，B部分可反映與處理有關(guān)的C-H鍵伸縮振動(dòng)峰[34]Fig.3 IR spectrum of CVD diamond treated by LPHT, part B reflecting the C-H bond stretching vibration peak related to treatment

天然褐色鉆石通常是含有大量塑性變形所致，與之不同，單晶褐色CVD鉆石可存在NV-和NV0，NVH-復(fù)合中心[35]、V-H[36]、a-C:H(無定型碳?xì)淙毕?[37]等缺陷。通常用HPHT處理是為了防止在低壓下鉆石石墨化[38]，但由于單晶CVD鉆石存在不同的缺陷結(jié)構(gòu)和缺陷濃度，其石墨化趨勢(shì)較弱。研究發(fā)現(xiàn)在高溫2200℃、壓力低于一個(gè)大氣壓的條件下處理CVD鉆石，光學(xué)特性提高了且沒有出現(xiàn)明顯石墨化。

Qi Liang等人[39]在功率6kW，2.45GHz的微波等離子體化學(xué)氣相沉淀的設(shè)備上，以N2/CH4=0.2%～5.0%, CH4/H2=12%～20%, 壓力條件(16～30)×103Pa,溫度條件900℃～1500℃，生長(zhǎng)出一批厚度0.2mm～6mm不等的高質(zhì)量單晶CVD鉆石，同樣使用該套設(shè)備進(jìn)行LPHT處理，處理溫度1400℃～2200℃、壓力(20～40)×103Pa。

處理后的CVD鉆石，UV-VIS光譜吸收程度下降很多，光學(xué)特性有極大的改變，如圖4所示，色級(jí)可以平均提高三個(gè)等級(jí)(例如，從J到G色)。UV-VIS光譜中與褐色相關(guān)的有270nm,370nm,550nm吸收帶，這三個(gè)寬帶的吸收在加熱至1400℃時(shí)才開始變化，而在該溫度時(shí)鉆石透明度開始增加。當(dāng)270nm至370nm的吸收開始降低時(shí)，550nm吸收仍然保持不變。

圖4 UV-VIS吸收譜，(a)處理前 (b)1800℃處理2分鐘[39]Fig.4 UV-VIS absorption spectrum (a)before treatment (b)after 2mins treatment at 1800℃

紅外吸收光譜對(duì)于辨別含有的主要雜質(zhì)與缺陷十分有用[40]。樣品在經(jīng)過LPHT處理后，致其出現(xiàn)與H原子振動(dòng)和電子轉(zhuǎn)移相關(guān)峰，2800cm-1～3200cm-1與C-H相關(guān)波段發(fā)生改變，如圖5所示。在高溫退火之后，致褐色的a-C:H峰被各種C-H伸縮振動(dòng)的吸收帶代替，且出現(xiàn)5000cm-1～10000cm-1一系列吸收變化。在高速率生長(zhǎng)的單晶CVD鉆石中，最重要的雜質(zhì)是H及其與一些缺陷的額外成鍵，還可有與N結(jié)合的缺陷的加入。例如，在近紅外3124cm-1以及一些與H相關(guān)的中心在透明不加氮CVD單晶鉆石中缺失[41]。這個(gè)現(xiàn)象說明，H相關(guān)缺陷與N雜質(zhì)有關(guān)，H原子可能在鉆石生長(zhǎng)的過程中在(100)晶面與NV-中心合并形成NVH-缺陷，該缺陷作為摻氮單晶CVD鉆石中常見的缺陷可比NV中心的缺陷密度都高[42]。EPR顯示NVH-中心可以通過LPHT或HPHT處理去除[43]。另外一個(gè)比較大的變化就是溫度高于1700℃時(shí)，NVH-和其他氮相關(guān)缺陷中心變得游離，而在退火的過程中去除，因此，PL光譜出現(xiàn)與NV中心有關(guān)的514nm說明該鉆石的退火溫度低于1700℃。多晶鉆石中的C-H鍵在近1600℃時(shí)斷開，這可以解釋經(jīng)過LPHT處理過程中H的流失。氫原子從不穩(wěn)定的H捕獲中心(如NVH-)轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的C-H鍵是使鉆石的光學(xué)透明度明顯提高的重要原因之一。

圖5 紅外吸收光譜 (a)處理前，(b)1600℃ LPHT處理10分鐘[41]Fig.5 IR absorption spectrum (a)before treatment (b)after 10mins LPHT treatment at 1600℃

4 結(jié)語

CVD合成鉆石中生長(zhǎng)前處理以及生長(zhǎng)完成后的改色處理是CVD合成鉆石處理中很重要的兩個(gè)方面。

生長(zhǎng)之前的種晶預(yù)處理對(duì)種晶來說是直接影響鉆石成長(zhǎng)質(zhì)量的重要因素，主要使用強(qiáng)酸煮種晶除雜、丙酮清洗除雜、酒精及去離子水除雜等工藝。洗凈之后在生長(zhǎng)倉(cāng)使用氫氣或者氧氣等離子體刻蝕也是有效且必要的預(yù)處理環(huán)節(jié)之一。種晶Mosaic拼接法是生長(zhǎng)大尺寸CVD鉆石的有效方法之一，但對(duì)拼接的工藝要求很高。

生長(zhǎng)后樣品的處理是目前提高CVD鉆石寶石價(jià)值的必要步驟。生長(zhǎng)后使用等離子體刻蝕除去晶質(zhì)較差的部分以及非鉆石相十分有效。在CVD鉆石改色方面，目前出現(xiàn)的主流方法有輻照改色，HPHT處理和LPHT處理。

輻照可使CVD鉆石產(chǎn)生GR1色心而呈藍(lán)色。HPHT處理通常在1500℃～2500℃、4～5GPa的條件下，主要是除去CVD鉆石的褐色調(diào)，變?yōu)闊o色透明的鉆石，甚至變?yōu)榉奂t色。

LPHT目前處于研究的起步階段，GIA有檢測(cè)到經(jīng)該方法處理的CVD鉆石。

紅外吸收光譜中2800cm-1～3200cm-1的峰與LPHT處理有關(guān)，且與CVD鉆石中的不定型碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镃-H鍵SP3振動(dòng)有關(guān)；另外經(jīng)處理的紅外光譜中有兩組(波數(shù)在1300cm-1附近和4300cm-1～5200cm-1附近)原因未知的吸收峰的出現(xiàn)，且5000cm-1～10000cm-1也出現(xiàn)一系列吸收峰。3124cm-1的峰與NVH-缺陷有關(guān)，溫度達(dá)1700℃時(shí)可以去除該缺陷，如PL光譜中仍存在514nm的峰，則證明該樣品處理時(shí)的溫度未達(dá)到1700℃。對(duì)比處理前后的金剛石，紫外可見光譜的吸收明顯下降，鉆石的透明度也提高明顯；當(dāng)NVH-缺陷轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的C-H鍵，鉆石的透明度會(huì)增加。加熱至1400℃時(shí)與褐色有關(guān)的270nm、370nm、550nm的吸收帶才開始產(chǎn)生變化，且270nm、370nm的吸收開始下降時(shí)，550nm吸收仍保持不變。575nm和637nm的可見光范圍的吸收峰分別與NV0和NV-有關(guān)，也與鉆石呈粉色和橙色有關(guān)。