Die Kristallorientierung ist eine entscheidende Eigenschaft von CVD-Impfkristallen und bezieht sich auf die Richtung der Atomanordnung innerhalb des Kristalls. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Morphologie und Eigenschaften des Diamantwachstums. CVD-Impfkristalle weisen Kristallorientierungen von (100), (110) und (111) auf, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind: (100)- und (110)-Orientierungen werden für die Züchtung von Rohdiamanten in Schmuckqualität verwendet, während industrielle Einkristalle keine spezifische Orientierung erfordern.
Die Herstellung hochwertiger CVD-Impfkristalle ist mit extrem hohen Eintrittsbarrieren verbunden und erfordert mehrere präzise und strenge Herstellungsprozesse. Der Kernworkflow lässt sich in drei Schritte unterteilen.
Der erste Schritt ist die Rohstoffauswahl, wobei natürliche Diamanten oder synthetische Hochdruck-Hochtemperaturdiamanten (HPHT) mit hoher Reinheit und minimalen Defekten als Substrat priorisiert werden. Dies ist von grundlegender Bedeutung, um die Grundqualität des Impfkristalls sicherzustellen. Im zweiten Schritt erfolgt die gerichtete Bearbeitung. Durch Präzisionstechniken wie Laserschneiden und Schleifen wird das Substrat in vorgegebene Abmessungen gebracht – derzeit haben gängige CVD-Seeds in Industriequalität eine Größe von 5–15 mm im Quadrat. Die Herstellung übergroßer Samen (20 mm+) ist eine zentrale technische Herausforderung bei der Herstellung großer Diamanten. In dieser Phase ist außerdem eine präzise Kontrolle der Kristallorientierung erforderlich, um spätere Wachstumsfehler zu verhindern. Der dritte Schritt umfasst das Präzisionspolieren und Prüfen. Der verarbeitete Impfkristall wird einer nanoskaligen Politur unterzogen, um sicherzustellen, dass die Oberflächenrauheit den Standards entspricht und Störungen des epitaktischen Wachstums verhindert werden. Anschließend werden spezielle Inspektionsgeräte zur Erkennung von Verunreinigungen und zur Kalibrierung der Kristallorientierung eingesetzt. Darüber hinaus ist die Kontrolle der Dicke von entscheidender Bedeutung, wobei herkömmliche Dicken zwischen 0,3 und 0,6 mm liegen. Dabei muss die strukturelle Integrität während des Wachstums mit ausreichendem Spielraum für die anschließende Bearbeitung in Einklang gebracht werden.