The Characterization of synthetic and natural single crystal diamonds by X-ray diffraction

X線回折による人工単結晶ダイヤモンド及び天然単結晶ダイヤモンドのキャラクタリゼーション

前田 裕司*; 松本 徳真*; 春名 勝次*; 早乙女 隆雄*; 小野 文久*; 須貝 宏行; 大塚 英男; 大橋 一利*

Maeta, Hiroshi*; Matsumoto, Norimasa*; Haruna, Katsuji*; Saotome, Takao*; Ono, Fumihisa*; Sugai, Hiroyuki; Otsuka, Hideo; Ohashi, Kazutoshi*

天然及び人工ダイヤモンド単結晶において、主な不純物である窒素の含有量が異なる4種類の試料、Ia型(窒素を約1000ppm含む天然の単結晶),Ib型(窒素を約100ppm含む人工単結晶),IIa型(窒素の量が10ppm以下の高純度人工単結晶),IIb型(含有窒素量は10ppm以下だが、ボロンを100ppm程度含む人工単結晶)について、X線回折によりキャラクタリゼーションを行った。X線ボンド法により求めた格子定数(298K)は、IIb型が最大(0.35670nm)で、Ia型が最小(0.35666nm)となり、その順番は IIbIbIIaIaであった。さらに、格子定数測定とX線散漫散乱の結果を総合すると、IIb型ではボロンは置換型の欠陥として(100)面に存在し、Ia型では窒素は置換型の欠陥集合体として(100)面に存在すると推測される。

Natural and synthetic single crystal diamonds (type Ia, Ib, IIa and IIb) have been characterized by measurements of the X-ray integrated scattering intensity, lattice parameter and diffuse scattering. We found that the lattice parameter is smallest for natural diamond and largest for the B-doped diamond. We measured the diffuse scattering for (400) Bragg reflection for the four types of crystals. The scattering intensity of the natural crystals diffuses asymmetrically to form a streak along the [100] direction parallel to the reciprocal lattice vector. These results suggest the existence of the nitrogen atom platelets on (100) plane in the natural diamond. We also found the diffuse streaks along the [00] direction for (400) Bragg reflection for the B-doped crystal, suggesting that boron atoms are likely to form precipitates on the (100) plane.