广州摩星半导体待遇怎么样

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原则上，把石墨改造成金刚石所需的压力和温度范围是比较广的，所以用於合成金刚石的高温装置和方法也很多。目前工业用的生产方式是以「高压静态法」最为普遍，所谓静态技术装置，就是所产生的高压是缓慢上升的，升到一定压力值以后，可以稳定保持一段时间。它与「高压爆炸法」又有不同，后者是从升压到降压整个过程，时间非常短促，高压瞬间产生也瞬间消失。还有一个不同之处是：「高压静态法」是在金属催化剂的帮助下，将石墨转化为金刚石，因此温度和压力可以降低许多（即前面所提的熔剂－触媒法）。「金属催化剂」是扮演什麼样的角色呢？它好比是个「建筑工程师」，能帮助把石墨结构修改、重建成金刚石结构。因为金属催化剂在高温高压下是碳的熔剂，也就是能把碳原子间的结合力扯断，把石墨熔解，为碳原子重新结合成金刚石创造有力的条件。因此作为触媒的本身晶体结构，也是非常的重要，它是影响碳原子能否重新结合成金刚石的重要因素之一。而且，金属催化剂还可使高压静态法的压力，降低到5至6万大气压，温度降低到1500℃至2000℃，节省许多的经济成本。

在此，我们忍不住要问，天然金钢石又是如何形成的呢？形成的地质条件又是哪些呢？它是地球内部岩浆中的含碳物质，在地球深处中的高温和高压作用之下所生成的。这就给了我们很好的启示，只要我们模拟天然生成金刚石的高温、高压和生长条件，就可以人工合成出人造的金刚石。那麼合成的压力和温度需要多大呢？地属深度不同，其温度和压力自然也有不同。基本上。地层越深，压力和温度越高。例如，地表至地球中心约有6×106公尺深，在地心里的压力估计大约是3.3×106大气压，温度可达6000℃～7000℃。实验证明，只要我们设计的高温高压装置，能达到地球1000公尺以下的1500℃～2000℃，压力是4～5万大气压，在催化剂的作用下，就能把石墨构造改造成金刚石构造，使得乌漆麻黑的石墨变成灿烂夺目的钻石。

人造金刚石的未来发展动向

随著人们对金刚石性质的认识日益深刻，加上在冶金、地质钻探、机械、光学仪器加工、电子工业和航空技术等方面的广泛应用，使得金刚石不论是在经济建设、生产技术和国防工业上，都扮演著举足轻重的角色。

想要有效地提高人造金刚石的质与量，超高压技术的研究是一个重要因素。从物质结构转化的角度来看，不但要有超高压技术，更需要高温高压设备，所产生的温度压力能够稳定且可被准确测量才行。因为只有在十分高且稳定的压力之下，物质的性质才会产生惊人的变化，新的材料及超硬材料才会出现。正因如此，目前世界各国都十分重视「高压物理」的研究工作。压力已由原先的几万大气压，提升到几百万大气压，甚至可望达到千万大气压。随著超高压技术的发展，将使人造金刚石在晶形、颗粒、产量与质料等方面产生重大突破，且让我们拭目以待。

苏明德任职於清华大学化学研究所

繁体字 ...比较累 不好意思

回答者： admin0524 - 高级魔法师 五级 2006-7-6 16:22

检举【摘要】人工制造钻石并非天方夜谭，只要掌握科学原理，清水照样也可以变鸡汤。

据报载（民国87年12月12日联合报）：「台北市警局刑警大队侦破利用俗称「摩星宝石」人造钻石的合成碳化矽石充当真钻石，而向当铺典当的诈骗集团。据行家向警方表示，「摩星宝石」是由美国公司研制成功，属於最新型科技，硬度值高达9.5，高於苏联钻（二氧化锆石）的硬度值9.0，只低於真钻石硬度值10.0。它的最大特点是将「摩星宝石」以测试钻石真伪的测钻笔测试，均呈真钻反应。就宝石学而言，它的特性非常接近钻石，色泽亦像钻石，没有仔细检查常会误以为是真钻。」

或许有人会问，到底什麼是「摩星宝石」？它的成分和结构又是什麼？这牵涉到人家的商业机密，我们目前无法探知。但笔者在这里倒是愿意从科学的角度，来介绍人造钻石的制程及其基本特性。

金刚石的物理特性

首先，必须指出钻石（学名为「金刚石」）和宝石不同。自然界中的宝石以氧化铝（Al2O3）为主要成分，同时也含有微量的金属氧化物（如：氧化铬）；金属氧化物可以使宝石具有各种颜色。

反之，金刚石是碳的结晶体，其基本特点是具有规则的几何形状。根据金刚石的晶体型态（图一）可以分为单晶体、连生体和聚晶体。并且还可以进一步细分为六面体、八面体、十二面体等等。原则上，人造金刚石比天然金刚石具有较明晰的晶体及稜角，晶面也较为平整。

由於晶体内所含杂质不同，使得金刚石具有各式各样的颜色：如淡黄、黄绿、暗灰，甚至黑色等。通常晶形完整，透明度高的金刚石品质较好，比重一般是介於每立方公分3.15～3.52克之间。完全无杂质且结晶完整的晶体，其比重最大（即每立方公分3.52克）。一般来说，天然金刚石的比重随著自身的杂质含量而有所不同，也就是随著金刚石颜色不同而异。无色及绿色的金刚石比重较低，青蓝色、玫瑰色其次，澄黄色金刚石的比重最高。而人造金刚石的比重，还会因制作过程的压力、温度的改变，以及保温时间长短的不同，其色泽和比重也不相同。

有的金刚石在紫外线、X射线等的照射下，晶莹夺目。例如在紫外线照射下还会发光，金刚石可发出浅蓝色、橙黄、粉红等各种美丽的光彩。经研究证明，金刚石的发光特性与它的外形无关，而与它的内部构造与晶体结构缺陷有关。因此，我们可以根据金刚石不同的发光特性，来研究和分析金刚石的内部结构、杂质及晶体缺陷。一般而言，天然金刚石的主要杂质元素为氮（最高含量为0.2％）和铝。

金刚石质地较脆且硬，在目前已发现的物质中，金钢石的硬度可说是「冠军」。它在莫氏硬度表中（就是以十种矿物的硬度，从最软到最硬排成十级，做为比较硬度的标准，见表一），排在最硬的一级，亦即第10级。金刚石的硬度是石墨的1000倍。简单的说，金刚石是地球上最硬的物质（图二）。这或许可从一个小故事里获得证实。八十年前，苏俄沙皇尼古拉斯二世一家人，遭共产党行刑队处决，刽子手一q又一q地向皇室女族发射，她们依然在呻吟翻滚，刽子手大惑不解？有些子d竟然从她们身上反d到墙上。后来才知，原来她们在紧身胸衣的衬里内塞了八公斤多的钻石。她们的痛苦因为这些钻石而延长了。

也正因为如此，使得金刚石在工业用途上扮演著相当重要的角色。举例来说，因为金刚石的硬度最高，所以它可以刻画其他任何物质。因此，若把金刚石用在采矿的钻头上，可使钻探技术和速度大大地提高。此外，工业上用的各种刀具、光学玻璃与砂轮等，甚至人造假牙，都要籍助金刚石来切割、研磨和加工。金刚石可以说是现代科技工业的生力军。

理想的金刚石是不导电的绝缘体。根据理论计算，理想的金刚石具有1070欧姆公分的电阻率（电阻率是指长1公分，截面积为1平方公分的电阻值，亦是衡量物质导电能力的一个物理量）。可是近年来发现了具有半导体性能的金刚石，此种金刚石含有其他成分的杂质，因而大大降低了它的电阻率，降至1014~1015欧姆公分，所以成了半导体。

金刚石的另一项优点，就是耐热性高－在空气中加热850℃～1000℃左右才会燃烧碳化；即使金刚石在纯氧中，也须加热至720℃～800℃才可以燃烧。半导体广泛使用的锗二极管只耐热300℃，矽二极管可耐热400℃。因此，我们若用半导体金刚石来制作晶体三级极和二极管，可以想见，它的性能绝对比锗、矽晶体来得好，而使用寿命也将大幅提高。化学的强酸和强碱对金刚石也起不了作用。虽是如此，金刚石仍可溶於熔融的硝酸钠、硝酸钾和碳酸钠中。

金刚石还有一个引人注意的特点，那就是它具有很高的导热率。导热率是衡量物质散热性能的一种参考量。导热率越高代表导热越快，散热的性能越好。例如，在室温下，铜的导热率为每公分每秒4瓦，而金刚石的导热率为每公分每秒20～24瓦，是铜的5～6倍。随著温度的升高，在40℃以后，铜的导热性能远远落后於天然钻石和人造钻石。尤其是人造钻石，它的导热性能往往比天然钻石还要优良。这暗示著，金刚石在电子工业中又可大显身手，因为某些零件本身就需要散热强的材料来做。工业上，常用金刚石做为固体微波器材和半导体雷射器材的散热片。此外，人们也用金刚石做为航空工业的温度探测零件。

当快速粒子（如光子或放射性粒子）撞击金刚石时，就会在金刚石的外接电路上，出现脉冲电流，这说明了金刚石具有光导电性。用光照射而使半导体的导电率（导电率＝l／电阻率）增加，这种现象就称做「光导电性」。利用金刚石的这种性质，可应用在导电性晶体计数器上。又因金刚石在放射粒子的照射下，具有发光的特性，所以还可把它应用在闪烁计数器上。可以预期，将这种器件用在原子能的研究上，会比其他晶体性能来得好。因此，科学家将某些金刚石制造成很小的计数器，做为检测放射线能量的探射器，用以检验α、β粒子和γ射线，并广泛用於医学、地球物理和原子能研究工作上。

为什么需要人造金刚石？

由上文我们得知金刚石晶体光怪陆离，美丽夺目，具有多项优点，像是硬度最大、比热低、导热性能强、高温稳定性佳、机械强度大、抗腐蚀性能强和半导体功能等等。

科学家之所以想去制造人工合成的金刚石，理由非常简单，那就是天然金刚石的来源非常有限，而且采勘开采都十分困难。天然金刚石矿藏的含金刚石量甚微，即使是蕴藏丰富的所谓「富矿」，其含量也仅仅是百万分之一到千万分之一。换句话说，要开采处理数吨重的矿石，才能获得1克拉（l克拉＝0.2公克）金刚石。

获得天然金刚石是如此困难，再加上科技发展的进步，对金刚石的需求与日遽增，仅靠开采天然矿所得，实在是难以满足日益增长的需要。於是，人们就想用人工合成的办法，来生产人造金刚石。科学家对人造金刚石的研究，已有百年以上的历史，直至1953年才成功合成出人造金刚石。从此，材料工业里又开辟了另一个新天地。

人造金刚石的由来

自从人造金刚石制造成功之后，人造金刚石工业立刻得到欧美先进国家的高度重视，自1960年代起，人造金刚石产量以每年平均40％的成长率高速发展，估计现在每年人造金刚石产量有几亿克拉之多。那麼人造金刚石是怎麼制造出来的呢？

事实上，或许我们就可以在家中自行制造人工钻石。请准备一些煤当燃料，而普通铅笔所含的石墨就是制造钻石的基本原料（图三），还要准备一个能密闭的钢桶。一切准备妥当，请把炉子生起火，石墨和炸药放入钢桶内，旋紧桶盖便投入炉子里，然后你可以先去散散步。这时的你，担心房子会炸个稀烂吧？不过，这要看你的运气和钢桶壁的强度，但是请不要这么心急就想看一眼你手制的宝物。钻石结晶是需要时间的。炉火至少要燃烧一段时间，然后就可以打开钢桶的盖子。

制作人造钻石一点也不是天方夜谭。钻石真的可以从煤炭或者石墨制造出来，有什麼根据呢？

早在两百多年前，近代化学奠基者－－法国的拉瓦锡首先提到：金刚石和石墨都是由碳元素组成的一对亲兄弟。可是这两兄弟的个性却完全不同。石墨外表黝黑，质地软得一折即断。相反的，金刚石外表光泽灿烂夺目，且是世界上最硬的物质。为什麼都是同根生，差异却如此大呢？

原因就在於它们自身的结构不一样。在石墨和金刚石中，碳原子的结合方式及排列方式各不相同。在化学世界里，一种元素若拥有几种不同的晶体结构，这种现象就称为「同素异形」，像是磷、氧及硫等等都有这种特性。正因「同素异形」主要是指晶体结构的不同，因而其物理性质或化学性质也会有所不同，比如会具有不同的颜色、密度、硬度、溶解度，以及在化学反应上表现不同的本领等等。碳的「同素异形」体只有两种，即前面所说的石墨和金刚石。

以石墨为例，石墨的结构是成层状排列，像千层蛋糕一样，一层层叠加起来。从图四中我们可以看到，它的每一层又以正六边形连结成平面的网。在平面网上，六边形的每边之长（即每个碳原子间的距离）篇1.42Å（Å称为埃，l埃＝10-10公分）。碳原子和碳原子间的结合力，是靠相互贡献来的电子（共用电子）对所形成的。共用电子对把两个碳原子结合得很牢固，我们把这共用电子对所形成的束缚力称为「共价键」，而各个平行层与层之间的距离为3.35Å。几乎两倍於每平面层中两个碳原子间的距离，正因如此，层与层之间的结合力较弱。而层与层之间的结合力，是由各碳原子提供一个电子在每一平面层上自由移动所形成的，这些运动的电子并没有把碳原子连结得很牢固，容易散开来，故这种结合力又称为「金属键力」。也由於电子可以在层与层之间自由移动，所以石墨可以导电。因此，石墨本身结构的最大特点，就是由牢固的「共价键」（专业术语而言，即σ键）和不牢固的「金属键」（即π键）之双重键型所组成的。如此一来，使得石墨的层与层之间容易滑动，甚至断开，而使石墨的质地变得很柔软。但是，由於同一平面层上的碳原子间结合力很强（共价键之故），极难破坏，所以石墨的熔点较高，且化学性质也较稳定。

石墨的晶体结构也决定著它的物理特性。对於一个单晶体而言，石墨可看作是一个二维的金属。也就是说，石墨晶体中由於有两种不同的结合力，使得其晶体层的平行方向和垂直方向的导电性及导热性产生了差异，这种现象称之为「各向异性」。根据研究指出，其二个方向性能的数值比约为3～4比l。但由於一般石墨的晶体分布甚为杂乱，因而整体来看，就显不出很大的方向性。

在十六世纪中叶，欧洲的石墨产量颇丰，开采容易，而且有人发现这种矿物能留下很清晰的痕迹，於是便拿来当作书写与绘图的工具。事实上，石墨的英又叫做“graphite”，就是源自於希腊文的「书写」，即“graphein”到了十八世纪中叶，业者经过多次的研发，懂得混合石墨粉与黏土，制造出笔质稳定，但有更多不同硬度以及黑度的一系列铅笔（所以铅笔里并不含铅）。换言之，调整黏土与石墨粉的比例，可以控制笔心的硬度与黑度。黏土的比例越高，笔心越硬；相反的，石墨的比例越高，表示笔心越软。通常是以阿拉伯数字来区分笔心硬度：数字越大，硬度随之递减。或用B来代表黑（black），而用H来代表硬（hard）； B字母重复越多，就代表笔心越黑；相对的，H字母重复越多，便代表笔心越硬。若是看到铅笔上印有“HB”字样，就表示它是一种「有点黑，又不太黑；有点硬，又不太硬」的铅笔。

金刚石就不一样了。每个金刚石的晶胞（「晶胞。是构成金刚石的最小单位，犹如生物组织的「细胞」）中有四个碳原子，各个碳原子分布在正四面体的四个顶角上（图五），且碳原子和碳原子间是以牢固的共价键相连接。许许多多这样大小、形状相同的晶胞，有规则地紧密连接在一起，形成如图六结构的重复体。且在金刚石晶体中，每个碳原子与它邻近的四个共价碳原子是等距离的，长度为1.54Å，这和有机化合物中的碳原子间的单键距离相同。这样安排的碳原子具有很高的结合能，因为各碳原子间的距离相等，使得金刚石晶体具有无隙可乘的结构，拥有物质中最高的力学强度，因而形成金刚石晶体坚硬的特性。因为已知石墨的比重是立方公分2.26克，而金刚石的比重则是介於立方公分3.15～3.52克之间，可见碳原子在金刚石里要比在石墨里来得密实许多。从上述介绍中，我们可以清楚了解到，物质的硬度取决於他们原子之间的键结方向和键能强度。

看来问题很清楚，只要把石墨的结构改建成金刚石的结构，人造金刚石的问题就算解决了。从那里改建起呢？从它们结构上的差别来看，必须把石墨里层与层间不牢固的结合力（即金属键力）拉断或变动，并且同时也将六角平面上各碳原子间的结合力（即共价键力）和结合方式来个「大搬家」，使它们之间的结合按照金刚石的形式和要求，有规则地结合在一起，便成为金刚石晶体了。

那麼，用什麼手段来改建石墨的结构，使其成为金刚石呢？目前所知，人工合成金刚石的方法多达十余种。按晶体生长的特性，基本上可归纳为直接法、熔剂－触媒法和外延法三种。所谓「直接法」，顾名思义就是使碳质原料直接从固态转变成金刚石；方法上，可分为「瞬间超高温高压法」及「动态冲击法」。所谓「熔剂－触媒法」，就是利用某些金属及其合金制成催化剂，利用比「直接法」更低的压力，将石墨碳质原料转化为金刚石。而「外延法」，就是先热解石墨，使碳质原料中含有四价的碳原子（专业术语而言，指的是sp3型的碳原子）或基团先分离出来，作为生成金刚石的碳源。

由於金刚石的生长机制颇为复杂，在此只能作简略的定性描述。我们从热力学观点出发：热力学的基本原理告诉我们，在改变一定的压力和温度条件下，许多物质的结构将发生变化。特别是在超高压和超高温的条件下，物质将发生重大变化。例如，在极高压下，能把气态的氢压缩成固态的氢，甚至成为金属氢（成为固体，且具有导电、传热的功能）。高压也可把非导电的绝缘体变成可导电的导体。另一方面，也从动力学出发：石墨碳质原料能否成功地转变成金刚石，还必须取决於「石墨→金刚石」的相变速率。当金刚石的生核率和长大速率，同时处於最大值时，则石墨转变为金刚石的相变速率最大。也就是所谓的活化能最小，反应速率最大。

一般来说，我们大多采用高温高压法，将石墨转变成金刚石。高温的目的，是为了提供必要的热能，使得石墨晶格里的碳原子，做大幅度热振动，进而摆脱束缚，拆散碳原子群。同时利用高压方式，藉著压缩，将这些分散开的碳原子，重新紧密地挤在一起（压缩成如图五所示），原子间的距离缩短，彼此间的联系也就会愈坚固，就是软的石墨变成硬的金刚石。

原则上，把石墨改造成金刚石所需的压力和温度范围是比较广的，所以用於合成金刚石的高温装置和方法也很多。目前工业用的生产方式是以「高压静态法」最为普遍，所谓静态技术装置，就是所产生的高压是缓慢上升的，升到一定压力值以后，可以稳定保持一段时间。它与「高压爆炸法」又有不同，后者是从升压到降压整个过程，时间非常短促，高压瞬间产生也瞬间消失。还有一个不同之处是：「高压静态法」是在金属催化剂的帮助下，将石墨转化为金刚石，因此温度和压力可以降低许多（即前面所提的熔剂－触媒法）。「金属催化剂」是扮演什麼样的角色呢？它好比是个「建筑工程师」，能帮助把石墨结构修改、重建成金刚石结构。因为金属催化剂在高温高压下是碳的熔剂，也就是能把碳原子间的结合力扯断，把石墨熔解，为碳原子重新结合成金刚石创造有力的条件。因此作为触媒的本身晶体结构，也是非常的重要，它是影响碳原子能否重新结合成金刚石的重要因素之一。而且，金属催化剂还可使高压静态法的压力，降低到5至6万大气压，温度降低到1500℃至2000℃，节省许多的经济成本。

在此，我们忍不住要问，天然金钢石又是如何形成的呢？形成的地质条件又是哪些呢？它是地球内部岩浆中的含碳物质，在地球深处中的高温和高压作用之下所生成的。这就给了我们很好的启示，只要我们模拟天然生成金刚石的高温、高压和生长条件，就可以人工合成出人造的金刚石。那麼合成的压力和温度需要多大呢？地属深度不同，其温度和压力自然也有不同。基本上。地层越深，压力和温度越高。例如，地表至地球中心约有6×106公尺深，在地心里的压力估计大约是3.3×106大气压，温度可达6000℃～7000℃。实验证明，只要我们设计的高温高压装置，能达到地球1000公尺以下的1500℃～2000℃，压力是4～5万大气压，在催化剂的作用下，就能把石墨构造改造成金刚石构造，使得乌漆麻黑的石墨变成灿烂夺目的钻石。

人造金刚石的未来发展动向

随著人们对金刚石性质的认识日益深刻，加上在冶金、地质钻探、机械、光学仪器加工、电子工业和航空技术等方面的广泛应用，使得金刚石不论是在经济建设、生产技术和国防工业上，都扮演著举足轻重的角色。

想要有效地提高人造金刚石的质与量，超高压技术的研究是一个重要因素。从物质结构转化的角度来看，不但要有超高压技术，更需要高温高压设备，所产生的温度压力能够稳定且可被准确测量才行。因为只有在十分高且稳定的压力之下，物质的性质才会产生惊人的变化，新的材料及超硬材料才会出现。正因如此，目前世界各国都十分重视「高压物理」的研究工作。压力已由原先的几万大气压，提升到几百万大气压，甚至可望达到千万大气压。随著超高压技术的发展，将使人造金刚石在晶形、颗粒、产量与质料等方面产生重大突破，且让我们拭目以待。

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