金刚石沉积设备生长的金刚石表征

沉积设备生长出来的金刚石样品需要先做拉曼光谱，这是非常主要也是非常关键的一种表征方法，简单判断外延单晶样品是否为金刚石以及是否含有 SP2杂化形态的碳。如果通过拉曼光谱确定为金刚石单晶，可以进行金刚石晶体质量的进一步表征，用X射线摇摆曲线去表征金刚石单晶的晶体质量，光致发光谱、红外吸收光谱、紫外吸收光谱可以用来表征单晶金刚石的光学性质的好坏，也可以简单判定晶体内所含有的缺陷。光学显微镜是用来判定单晶生长面形貌情况的。 

光学显微镜

光学显微镜（Optical Microscop，OM）是表征金刚石常用同时也是简单的方法。选择适当的倍率观察金刚石的生长面，如果倍率太大样品本身不平显微镜景深不够从而导致照片模糊，倍率太小则不能观察到金刚石外延的台阶。

扫描电子显微镜

为了进一步观察到金刚石样品表面的微观形貌，需要使用扫描电子显微镜对金刚石样品进行金相观察。扫面电镜可以观察到金刚石亚微米级别尺度的表面形态，并且具有一定的景深和较高的分辨率。

拉曼光谱

拉曼光谱（Raman Spectroscopy）可以用以表征外延金刚石的品质。拉曼光普对碳键的状态非常敏感，根据样品的声子谱等粒子激发对激光所产生的拉曼位移来判断外延单晶的晶体质量。金刚石中的碳以SP3形式杂化，SP3杂化的碳键对应的一阶拉曼峰在1332 cm-1的位置，而晶态的石墨对应1580 cm-1处。另外，非晶态SP2杂化的碳在一阶拉曼谱1350-1600 cm-1之间显示为散射宽带，具体的位置由非金刚石相的含量而定。

拉曼光谱除了可以进行金刚石的物相分析之外，还可以对金刚石的晶体质量进行等性分析，金刚石拉曼光谱的半峰宽（FWHM）与金刚石本身的晶体质量有关，如果金刚石的晶体缺陷越多、晶体点阵排列越紊乱，则其半峰宽值越大。天然金刚石的拉曼光谱半峰宽为2 cm-1，CVD金刚石的半峰宽可以达到2.3 cm-1，金刚石薄膜的半峰宽的变化范围在5—25 cm-1之间。除此之外，金刚石的拉曼光谱特征峰的偏移量还可以反映晶体内应力情况。

光致发光光谱

光致发光光谱（Photoluminescence，PL）是一种无损探测材料电子结构方式。基本原理是材料吸收光子，电子跃迁到较高的能态后恢复到低能态并放出光子。光致发光光谱可以用来研究金刚石晶体中缺陷的类型，N原子与空位复合所产生的晶体缺陷在光致发光谱中有明显的特征峰（575 ( NV0 )，637 ( NV−) nm），N掺杂的金刚石有很明显的荧光背底。