DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.43402

Defect-impurity composition of diamond crystals grown in magnesium-carbon system

Татьяна Викторовна Коваленко, Сергей Алексеевич Ивахненко, Александр Михайлович Куцай

Abstract


In the Mg-C system at p ≤ 8,2 GPa and Т» 1800-2000°C, structurally perfect IIa + IIb type diamond single crystals were obtained, and the peculiarities of their defect-impurity composition were considered. Grown diamonds were studied using IR spectroscopy. As a result of the research, it was found that in this system, it is possible to obtain diamonds with low nitrogen impurity concentration due to limiting its receipt to the crystallization front owing to forming the Mg3N2 nitride at high pressures and temperatures. It was revealed that in the grown diamond crystals, the boron impurity is present in various forms: B-N complexes (D-centers) with a characteristic absorption band at 1290 cm-1 and uncompensated (single) boron (characteristic absorption bands - 2460, 2810 and 2920 cm-1).


Keywords


diamond single crystals; magnesium-based system; boron; B-N complexes; uncompensated boron; IR spectroscopy

References


Shul’zhenko, A. A., Get’man, A. F. (1971). Method of diamond synthesis. UK Patent 1315778.

Shul’zhenko, A. A., Get’man, A. F. (1974). Method of diamond synthesis. Canada Patent 954019.

Shul’zhenko, A. A, Novikov, N. V., Chipenko, G. V. (1988). Special features of diamond growth in the magnesium-based systems. J. Superhard Mater, 10 (3), 10–11.

Shul’zhenko, A. A. (1973). O mekhanisme obrazvanija sinteticheskih almazov. Sverkhtverdye materially v promyshlennosti. Kiev: Gosplan USSR, 9–15.

Novikov, N. V., Shul’zhenko, A. A. (1990). The increase of synthetic diamond growth rate. Science and Technology of New Diamond, 217–219.

Novikov, N. V. (1987). Fizicheskie svojstva almazov. Kiev: Naukova dumka, 189.

Chepugov, A. P., Emelyanov, I. A., Lysakovskij, V. V. et al. (2012). Osobennosti vnutrennej struktury krupnyh poluprovodnikovyh monokristallov almaza, vyrashhennyh metodom temperaturnogo gradienta. Porodorazrushayushchij i metalloobrabatyvayushchij instrument – tekhnika i technologiya izgotovleniya i primeneniya, 15, 277–282.

Chepugov, A, Ivakhnenko, S, Garashchenko, V. (2013) The study of large semiconducting single crystal diamonds zonal-sectorial structure, E-MRS 2013 FALL MEETING, F 46.

Chepugov, A. P., Chajka, A. N., Grushko, V. I. et al. Legirovannye borom monokristally almaza dlya zondov vysokovakuumnoj tunnelnoj mikroskopii (2013). Sverhtverdye materially, 3, 29–37.

Novikov, N. V., Nachalna, T. A., Ivakhnenko, S. A., Zanevsky, O. A., Belousov, I. S., Malogolovets, V. G. et. al. (2003). Properties of semiconducting diamonds grown by the temperature-gradient method. Diamond and Related Materials, 12 (10-11), 1990–1994. doi: 10.1016/s0925-9635(03)00317-0

Burns, R. C., Hansen, J. O., Spits, R. A., Sibanda, M., Welbourn, C. M., Welch, D. L. (1999). Growth of high purity large synthetic diamond crystals. Diamond and Related Materials, 8 (8-9), 1433–1437. doi: 10.1016/s0925-9635(99)00042-4

Kovalenko, T. V., Ivakhnenko, S. O., Bilyavina, N. M., Shul’zhenko, A. A (2007). Doslidgennya spontanoi krystalizatcii almaza v systemah na osnovi magniyu. Porodorazrushayushchij i metalloobrabatyvayushchij instrument – tekhnika i technologiya izgotovleniya i primeneniya, 10, 280–284.

Tsiklis, D. S. (1978). Tekhnika fiziko-himicheskih issledovanij pri vysokih i sverxvysokih davleniyah. Moscow, 431.

Zaitsev, A. M.(2001). Optical properties of diamond: a data handbook. Berlin: Springer, Verlag, 502.

Klyuev, Yu. A. (1972). IK-issledovaniya sinteticheskih almazov. Almazy, 9, 1–5.

Chepurov, A. I., Yelisseyev, A. P., Zhimulev, E. I., Sonin, V. M., Fedorov, I. I., & Chepurov, A. A. (2008). High-pressure, high-temperature processing of low-nitrogen boron-doped diamond. Inorganic Materials, 44(4), 377–381. doi:10.1134/s0020168508040092


GOST Style Citations


Пат. 1315778 Великобритания, Int. С 01 B 31/06. Method of diamond synthesis [Текст] / Шульженко А. А., Гетьман А. Ф. – Опубл. 12.08.71.

Пат. 954019 Канада, Int. С 01 B 31/06. Method of diamond synthesis [Текст] / Шульженко А. А., Гетьман А. Ф. – Опубл. 03.09.74.

Шульженко, А. А. Особенности роста алмаза в системах на основе магния [Текст] / А. А. Шульженко, Н. В. Новиков, Г. В. Чипенко // Сверхтв. матер. – 1988. – № 3. – С. 10–11.

Шульженко, А. А. О механизме образования синтетических алмазов [Текст] / А. А. Шульженко // Сверхтвердые материалы в промышленности. – Киев: Госплан УССР, 1973. – С. 9–15.

Novikov, N. V. The increase of synthetic diamond growth rate [Text] / N. V. Novikov, A. A. Shul’zhenko // Science and Technology of New Diamond. –1990. – P. 217–219.

Новиков, Н. В. Физические свойства алмаза [Текст]: справочник / Н. В. Новиков, Ю. А. Кочержинский, Л. А. Шульман и др.; под ред. Н. В. Новикова. – К. : Наукова думка, 1987. – 189 с.

Чепугов, А. П. Особенности внутренней структуры крупных полупроводниковых монокристаллов алмаза, выращенных методом температурного градиента [Текст] / А. П. Чепугов, И. А. Емельянов, В. В. Лысаковский, О. Г. Лысенко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. – Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2012. – Т. 15. – С. 277–282.

Chepugov, A. The study of large semiconducting single crystal diamonds zonal-sectorial structure [Text] / A. Chepugov, S. Ivakhnenko, V. Garashchenko // E-MRS 2013 FALL MEETING. – Warsaw, 2013. – С. 46.

Чепугов, А. П. Легированные бором монокристаллы алмаза для зондов высоковакуумной туннельной микроскопии [Текст] / А. П. Чепугов, А. Н. Чайка, В. И. Грушко, Е. И. Мицкевич, О. Г. Лысенко // Сверхтвердые материалы. – 2013. – № 3. – С.29–37.

Novikov, N. V. Propeties of semiconducting diamonds grown by the temperature-gradient method [Text] / N. V. Novikov, T. A. Nachalna, S. A. Ivakhnenko, O. A. Zanevsky, I. S. Belousov, V. G. Malogolovets et al // Diamond and Related Materials. – 2003. – Vol. 12, Issue 10-11. – P. 1990–1994. doi: 10.1016/s0925-9635(03)00317-0 

Burns, R. Growth of high purity large synthetic diamond crystals [Text] / R. Burns, J. Hansen, R. Spits et al. // Diamond and Related Materials. – 1999. – Vol. 8. – P. 1433–1437. doi: 10.1016/s0925-9635(99)00042-4 

Коваленко, Т. В. Дослідження спонтанної кристалізації алмаза в системах на основі магнію [Текст] / Т. В. Коваленко, С. О. Івахненко, Н. М. Білявина, О. О. Шульженко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология изготовления и применения. – 2007. – Вып. 10. – С. 280–284.

Циклис, Д. С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях [Текст] / Д. С. Циклис. – М. : Химия, 1978. – 431 с.

Zaitsev, A. M. Optical properties of diamond [Text]: a data handbook / A. M. Zaitsev. – Berlin : Springer, Verlag, 2001. – 502 p.

Клюев, Ю. А. ИК-исследования синтетических алмазов [Текст] / Ю. А. Клюев, В. И. Непша, Г. Н. Безруков // Алмазы. – 1972. – № 9. – С. 1–5.

Chepurov, A. I. High-Pressure, High-Temperature Processing of Low-Nitrogen Boron-Doped Diamond [Text] / A. I. Chepurov, A. P. Yelisseyev, E. I. Zhimulev, V. M. Sonin, I. I. Fedorov, A. A. Chepurov// Inorganic Materials. – 2008. –Vol. 4, Issue 4. – P. 377–381. doi: 10.1134/s0020168508040092 







Copyright (c) 2015 Татьяна Викторовна Коваленко, Сергей Алексеевич Ивахненко, Александр Михайлович Куцай

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (print) 1729-3774, ISSN (on-line) 1729-4061