Способ встраивания метки в алмаз, полученный методом химического осаждения

Способ встраивания метки в алмаз, полученный методом химического осаждения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу маркировки алмазного материала или нанесения идентификационной метки на алмазный материал, в частности монокристаллический синтетический алмазный материал, полученный методом химического осаждения из газовой (паровой) фазы (ХОГФ), с помощью которого в алмазный материал вводится производственная марка или идентификационная метка или посредством которого упрощается определение синтетической природы алмазного материала.

Методы получения алмаза посредством ХОГФ на подложке хорошо изучены и подробно описаны в патентной и другой литературе. Обычно эти методы включают стадию диссоциации газовой смеси, в результате чего образуются водород и галогены (например F, Cl) в атомарной форме и С или углеродсодержащие радикалы и другие реакционноспособные компоненты, например СН_х, CF_x, в которых x может быть от 1 до 4. Кроме того, могут присутствовать кислородсодержащие исходные вещества, а также источники азота и бора. Азот может быть введен в синтетическую плазму в разных формах, обычно это N₂, NH₃, воздух, N₂H₄. В исходных газах часто также присутствуют инертные газы, такие как гелий, неон или аргон. Таким образом, обычно исходная газовая смесь будет содержать углеводороды С_xН_у, где х и у могут быть от 1 до 10 каждый, или галогенсодержащие углеводороды C_xH_yHal_z, где х и z могут быть от 1 до 10 каждый, и у может быть от 0 до 10, и необязательно один или более следующих компонентов: СO_x, где х может быть от 0,5 до 2, O₂, H₂, N₂, NH₃, В₂Н₆ и инертный газ. Каждый газ может содержаться в своем природном изотопном отношении, или изотопные отношения могут контролироваться искусственно, например, водород может быть в форме дейтерия или трития, а углерод - в виде ¹²С или ¹³С. Для диссоциации исходной газовой смеси используют источник энергии, такой как микроволновый, радиочастотный (RF), пламя, горячая нить накала, метод, основанный на использовании реактивной энергии, реакционноспособные компоненты, полученные таким образом, осаждают на подложке, в результате чего образуется алмаз.

Для получения алмаза методом ХОГФ используют различные подложки. В зависимости от природы подложки и параметров процесса ХОГФ может быть получен поликристаллический или монокристаллический алмаз.

Развитие методов получения монокристаллического алмаза путем ХОГФ сделало этот материал более пригодным для промышленных применений или для использования в декоративных целях, таких как искусственные драгоценные камни для ювелирных изделий. Однако многие применения нуждаются в методе определения источника используемого алмаза для того, чтобы подтвердить его происхождение или синтетическую природу.

В соответствии с одним объектом изобретения предлагается способ встраивания производственной марки, такой как товарный знак, или идентификационной метки в монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОГФ, который заключается в том, что приготавливают алмазную подложку и исходный газ, проводят диссоциацию исходного газа, осуществляют процесс гомоэпитаксиального роста алмаза, и для встраивания в алмазный материал производственной марки или идентификационной метки в исходный газ контролируемым образом вводят по меньшей мере одну химическую допирующую добавку, которую выбирают такой, чтобы при нормальных условиях наблюдения производственную марку или идентификационную метку невозможно было с легкостью обнаружить, а также чтобы они не влияли на воспринимаемое качество алмазного материала, но чтобы производственная марка или идентификационная метка были видимыми или становились видимыми при специальных условиях, например при воздействии света или излучения определенной длины волны.

Распознавание (детекция) производственной марки или идентификационной метки, например, может проводиться визуально или с помощью специальных оптических приборов.

Предпочтительно производственная марка или идентификационная метка имеют форму одного или более слоев или областей, введенных в алмазный материал в процессе синтеза.

Такая производственная марка или идентификационная метка в основном предназначены для монокристаллического кристалла, полученного методом ХОГФ, обладающего высокой коммерческой стоимостью или являющегося высококачественным драгоценным камнем. Предпочтительный вариант осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в синтезе высококачественного алмазного материала методом ХОГФ на алмазной подложке, у которой поверхность, где происходит рост алмаза, в основном свободна от кристаллических дефектов.

В одном из вариантов осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением указанную по меньшей мере одну вводимую в процессе синтеза химическую допирующую добавку добавляют в газообразном состоянии, в частности, в качестве допирующей добавки используют азот, который образует производственную марку или идентификационную метку предпочтительно в форме слоя, в котором при соответствующем более коротковолновом возбуждении с использованием электронно-колебательной системы возникает люминесценция с пиками 575 нм и/или 637 нм. В этом слое, содержащем допирующий азот, может также наблюдаться линия фотолюминесценции (ФЛ) на 533 нм.

В другом варианте осуществления изобретения допирующая добавка или добавки являются источником бора или азота, атомы которых внедряют в по меньшей мере одну заданную область алмаза и образуют производственную марку или идентификационную метку, в которой при соответствующем коротковолновом возбуждении возникает характерная фосфоресценция с максимумами в области от 400 до 500 нм. Например, допирующая добавка представляет собой комбинацию азота и бора, в которой концентрация бора предпочтительно выше, чем концентрация азота, и которая образует производственную марку или идентификационную метку предпочтительно в форме слоя, в котором при соответствующем более коротковолновом возбуждении возникает фосфоресценция с максимумом обычно в области от 400 до 500 нм.

В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения в процессе синтеза в алмазный материал вводят комбинацию слоев, в которых при более коротковолновом возбуждении возникает люминесценция на 575/637 нм и фосфоресценция в области от 400 до 500 нм.

В еще одном варианте осуществления изобретения в алмазном материале образуют слой или область с центром, в котором при оптическом возбуждении возникает излучение на 737 нм. Состав этого оптического центра точно не определен, но считается, что он включает кремний; в дальнейшем этот оптический центр будет упоминаться как центр 737 нм, относящийся к кремнию. Если люминесценция на 575/637 нм и фосфоресценция в области от 400 до 500 нм при соответствующих условиях наблюдения могут быть легко обнаружены невооруженным глазом, то линию люминесценции 737 нм, относящуюся к кремнию, проще определить с помощью специальной оптической аппаратуры с встроенным детектором, который имеет аналоговый выход на дисплей.

Производственная марка или идентификационная метка может выполняться с возможностью генерации излучения, которое может быть распознано с помощью измерительного прибора, обеспечивающего измерение интенсивности излучения или индикацию значения выше или ниже пороговой величины. В одном из вариантов производственную марку или идентификационную метку выполняют с возможностью их распознавания посредством фиксации оптического или электронного изображения в комбинации с другими подходящими оптическими элементами, включая фильтры и линзы.

В соответствии с другим объектом изобретения предлагается монокристаллический алмазный материал, полученный методом ХОГФ, имеющий в своем объеме производственную марку или идентификационную метку, которую вводят в алмазный материал в процессе его синтеза, предпочтительно способом, описанным выше. Такая производственная марка или идентификационная метка при нормальных условиях наблюдения не является легко обнаруживаемой или не оказывают влияние на воспринимаемые качества алмазного материала, но является видимой или становится видимой при специальных условиях наблюдения, причем эта производственная марка или идентификационная метка сформирована в алмазном материале посредством дефектных центров, содержащих химические допирующие добавки.

Можно получить монокристаллический алмазный материал для промышленных применений, в частности для случаев, когда синтетический материал является видимым для пользователя элементом, или когда элемент из синтетического алмаза используют повторно, или этот элемент требует периодической повторной переработки, как, например, в случае алмазных режущих инструментов, таких как скальпели.

В соответствии с другим вариантом можно получить монокристаллический алмазный материал, пригодный для изготовления синтетических драгоценных камней для применения в ювелирных изделиях. Причем производственная марка или идентификационная метка в алмазном материале образована дефектными центрами, распределение которых, наблюдаемое через площадку драгоценного камня, является характерным признаком алмазного материала. В одном варианте такой характерный признак, наблюдаемый через площадку драгоценного камня, представляет собой пространственную геометрическую фигуру или ее контур, причем точная геометрия фигуры отражает симметрию драгоценного камня относительно оси, проходящей под углом 90° через площадку драгоценного камня.

В одном из вариантов предлагаемого алмазного материала при соответствующих условиях освещения наблюдается более одного отдельного слоя, причем отношение толщин слоев соответствует заранее определенной схеме. В другом варианте производственная марка или идентификационная метка содержит по меньшей мере один свободный от дефектов слой, обладающий характерными свойствами и введенный в больший объем материала, который маркирован с помощью дефектов, обладающих характерными свойствами.

Изобретение также относится к устройству для распознавания производственной марки или идентификационной метки в монокристаллическом алмазном материале, полученном методом ХОГФ и имеющем в своем объеме производственную марку или идентификационную метку, которое содержит

корпус, предназначенный для размещения или удержания указанного алмазного материала,

источник света или излучения, выполненный с возможностью направления на указанный алмазный материал света или излучения с длиной волны, позволяющей ему проникать в объем алмазного материала и вызывать возбуждение производственной марки или идентификационной метки с возникновением люминесценции и/или фосфоресценции, позволяющей обнаружить производственную марку или идентификационную метку, и

средство распознавания обнаруженной производственной марки или идентификационной метки, например средство визуального контроля люминесценции и/или фосфоресценции или средство измерения интенсивности указанной люминесценции и/или фосфоресценции, и средство вывода измеренной интенсивности в форме аналогового или цифрового электрического сигнала или показаний на дисплее.

Устройство предпочтительно содержит набор оптических фильтров для наблюдения длин волн, излучаемых производственной маркой или идентификационной меткой, и средство вычитания (исключения) фонового белого света или длин волн, используемых для возбуждения производственной марки или идентификационной метки, или любых других фоновых длин волн, присутствие которых может мешать обнаружению длин волн, излучаемых меткой. Люминесценцию и/или фосфоресценцию можно наблюдать в форме характерного изображения непосредственно в алмазном материале, или можно наблюдать, используя приборы такие, как прибор с зарядовой связью (ПЗС) или формирователь сигналов изображения такой, как цифровая камера. Кроме того, люминесценция и/или фосфоресценция могут определяться с помощью спектральных приборов, таких как один или более специальных полосовых фильтров, и/или специальный датчик частоты, или компактный спектрометр. Эти приборы можно комбинировать, например использовать подходящие фильтры в комбинации с ПЗС камерой для формирования определенных частотных изображений.

Устройство может также включать средство увеличения изображения синтетического алмазного материала.

Ниже будут описаны некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Изобретение обеспечивает способ маркировки синтетического алмазного материала, полученного методом ХОГФ, для промышленных применений, таких как режущие инструменты, или в качестве драгоценного камня. Способ маркировки позволяет определять происхождение алмаза, указанная марка или идентификационная метка содержит один или предпочтительно более слоев, выращенных в алмазе в процессе синтеза, которые при нормальных условиях наблюдения не оказывают заметного влияния на воспринимаемое оптическое качество алмаза или качество драгоценного камня, изготовленного из алмаза, или не оказывают заметного влияния на другие специальные свойства, относящиеся к предполагаемому применению, но которые можно обнаружить при специальных условиях наблюдения. Для удобства слой или слои, содержащие эту производственную марку или идентификационную метку, также упоминаются как маркирующие слои.

В контексте настоящего описания считается, что термины «идентификационная метка» или «производственная марка» включают свойства, которые позволяют реализовать одну или более следующих функций:

а) идентификацию синтетической природы материала;

б) идентификацию производителя или метода изготовления;

в) являются товарным знаком или другой характерной меткой;

г) содержат знак партии или штамп даты;

д) являются средством, с помощью которого можно определить последующую обработку или модификацию алмаза или изделия, изготовленного из алмаза.

Идентификационная метка или производственная марка должны относительно просто наноситься или вводиться в материал, а также должны относительно просто обнаруживаться с помощью операции, не требующей специальной квалификации, с использованием простого, недорогого, компактного и относительно переносного оборудования. Под недорогим подразумевается оборудование, стоимость которого составляет предпочтительно менее $10000, более предпочтительно менее $5000, еще более предпочтительно менее $2000 и даже еще более предпочтительно менее $1000. Исходя из этого, средства маркировки, основанные исключительно на изменении изотопного отношения элементов в алмазе относительно природного отношения, исключены. Изменение изотопного состава для маркировки применяется для широкого круга материалов, в частности в лабораторных методах. Для алмаза могут использоваться два варианта таких методов.

1. Изменение относительного содержания изотопов углерода, то есть использование исходного углерода, обогащенного изотопами ¹²С или ¹³С. Этот метод имеет два недостатка:

а) исходные газы, обогащенные изотопами ¹²С или ¹³С, являются дорогостоящим материалом, что значительно увеличивает стоимость производства, и

б) для распознавания изменения изотопного отношения необходимы сложное и дорогостоящее оборудование, а также высокая квалификация персонала для проведения измерений и интерпретации результатов. Кроме того, большинство методов в основном предназначены скорее для исследования поверхности и локальных особенностей, чем объема и совокупности особенностей в объеме. Специальные методы включают масс-спектрометрию вторичных ионов (которая также повреждает образец), спектроскопию комбинационного рассеяния, возможно в комбинации с конфокальными методами, и дифракцию рентгеновских лучей высокого разрешения и другие.

2. Изменение изотопного отношения другого элемента в алмазе, такого как азот. Такой метод преимущественно относится к синтетическому алмазу, получаемому при высокой температуре и высоком давлении, в котором концентрация азота и других элементов может быть относительно высокой, например содержание азота может составлять от 100 до 800 част./млн. При использовании этого метода возникают такие же проблемы, как при использовании изотопов углерода:

а) исходные газы, обогащенные изотопами, являются дорогостоящим материалом, что значительно увеличивает стоимость производства, и

б) распознавание является сложным и дорогостоящим процессом, требующим высокой квалификации персонала. Распознавание в алмазе, синтезированном методом ХОГФ, дополнительно осложняется низкой концентрацией примесных элементов в алмазе, которая в твердой фазе часто составляет менее 1 част./млн., поэтому некоторые методы, применимые для алмаза, полученного при высокой температуре и высоком давлении, не подходят для алмаза, полученного методом ХОГФ.

Таким образом, хотя в некоторых случаях могут иметься основания для использования комбинации изменения изотопного отношения и способа, предлагаемого в настоящем изобретении, например для придания дополнительных характерных признаков, которые сложнее обнаружить, настоящее изобретение исключает обязательное применение изменения изотопного состава. В рамках настоящего описания к изотопным допирующим добавкам относятся примеси, в которых относительное содержание изотопов определенным образом отличается от природного изотопного отношения, чтобы обеспечить распознаваемое изменение изотопного отношения в материале. К химическим допирующим добавкам (далее также называемым кратко "допирующие добавки") относятся добавки, которые образованы различными химическими элементами, так что могут обеспечить распознаваемое изменение элементов в материале, по крайней мере в форме дефектных центров, характерных для этих других элементов.

Кроме того, распознавание производственной марки или идентификационной метки при специальных условиях наблюдения означает распознавание света с характерной длиной волны или цвета, излучаемых меткой при специальных условиях и распознаваемых непосредственно невооруженным глазом наблюдателя или косвенно при помощи оптических средств распознавания, которые затем формируют выходной сигнал для человека, в общем случае это видимый аналоговый выходной сигнал, который может быть преобразован прибором в индикацию того, что сигнал выше или ниже порогового уровня. В общем случае предпочтительным является распознавание непосредственно невооруженным глазом наблюдателя, поскольку этот метод позволяет получить пространственную информацию, в частности бинокулярную или глубинную информацию, а также является исключительно недорогим решением. В случае линии 737 нм, относящейся к кремнию, описанном далее, глаз не обладает достаточной чувствительностью для распознавания обычно достигаемых уровней излучения, предпочтительным может быть простой способ выделения длины волны с последующим распознаванием оптической энергии, который может быть реализован в простом, недорогом, относительно компактном и переносном оборудовании.

В качестве примера можно привести алмазные лезвия скальпеля, которые часто используют повторно и периодически возвращают изготовителю для изготовления нового лезвия. При таком применении производственная марка или идентификационная метка могут выполнять одну или более следующих функций, хотя их назначение может не ограничиваться этими примерами:

а) сделать возможным установление конкретного изготовителя синтетического алмазного скальпеля либо изготовителем, либо при продаже. Это позволяет изготовителю удостовериться, что для переработки приняты скальпели только его производства, и улучшить отслеживание скальпелей в процессе переработки или на рынке в целом;

б) обеспечить средствами для создания отличительной марки, такой как товарный знак, без ухудшения необходимых для конечного применения свойств материала. Как правило, видимые идентификационные марки на лезвиях скальпеля из синтетического алмаза для некоторых применений могут быть неприемлемы из-за требований гигиены, однородной прозрачности или просто из соображений возможности сбыта или восприятия рынком;

в) облегчить установление синтетической природы алмазного материала. Синтетический алмаз может обеспечить большую воспроизводимость и контроль во многих промышленных применениях, таким образом обеспечивая более высокое качество продукта;

г) обеспечить средствами, которые позволяют установить модификацию синтетического алмазного материала, такая модификация включает изменения физической формы и обработку отжигом, такую как используется для изменения цвета.

Другим примером является применение алмаза, полученного методом ХОГФ, в качестве синтетических драгоценных камней. В этом случае производственная марка или идентификационная метка могут выполнять одну или более следующих функций, хотя их назначение может не ограничиваться перечисленными примерами:

а) обеспечить возможность установления конкретного изготовителя драгоценного камня, полученного методом ХОГФ, либо изготовителем, либо на рынке;

б) обеспечить средствами для создания отличительной метки, такой как товарный знак;

в) облегчить установление синтетической природы алмазного материала;

г) обеспечить средствами, которые позволяют установить модификацию алмазного материала, полученного методом ХОГФ, такая модификация включает изменения физической формы и обработку отжигом, такую как используется для изменения цвета.

Обычно предпочтительная форма марки определяется конкретным назначением производственной марки или идентификационной метки.

Простейшая форма марки может представлять собой просто значительную часть слоя алмаза, предмета или синтетического драгоценного материала, или единичный широкий слой внутри него, обладающий необычной характеристикой, которую можно обнаружить только при специальных искусственных условиях наблюдения и которая при нормальном освещении не оказывает существенного влияния на цвет любого предмета, изготовленного из слоя. Очевидно, что искусственным элементом марки может быть ее цвет, возможно в сочетании со специальными искусственными условиями, применяемыми для обнаружения этого цвета, или форма поверхностей или распределение маркированного слоя внутри всего слоя, которое прежде всего проявляется в геометрии пересечения маркированным слоем поверхностей слоя, предмета или синтетического драгоценного камня, или то, как метка влияет на внешний вид предмета данной формы при наблюдении под одним или более определенными углами зрения.

Более сложная форма производственной марки или идентификационной метки, предназначенная для создания отличительной метки, такой как товарный знак, может представлять собой одну или более совокупностей характерных слоев, периодически распределенных в алмазном слое, предмете или синтетическом драгоценном камне, или, в случае единичной совокупности характерных слоев, расположенных в соответствующих областях, обычно не слишком близко к граням, чтобы при минимальном удалении материала метка не была удалена, и обычно так, чтобы марка не была скрыта и чтобы ее было нетрудно обнаружить при помощи компонентов, как правило, прилагаемых к предмету при нормальном использовании. В случае синтетического драгоценного камня единичная совокупность характерных слоев может располагаться вблизи середины толщины граненного камня, или ее смещают с середины, чтобы усилить эффект, создаваемый слоем.

При определении оптимального расположение слоя в драгоценном камне необходимо учитывать ряд соображений:

а) маркирующий слой не должен легко удаляться и поэтому не должен быть полностью расположен близко к внешней поверхности, такой как грань или калетта;

б) маркирующий слой не должен создавать в драгоценном камне видимый цвет. Влияние маркирующего слоя на цвет драгоценного камня будет зависеть от собственного оптического поглощения материала маркирующего слоя и от длины пути лучей света, достигающих глаз наблюдателя, внутри слоя. Указанная длина пути зависит от положения и толщины слоя. Она также является функцией огранки камня, хотя можно сделать некоторые обобщения;

в) маркирующий слой должен быть расположен так, чтобы в любой оправе, которую невозможно с легкостью снять, такой как ювелирная оправа, объем слоя мог быть эффективно возбужден специально подобранным внешним источником света, используемым в процессе идентификации, причем ключевым моментом является то, что распределение света может отличаться от нормальных условий наблюдения, например, это может быть параллельный, а не рассеянный луч высокой интенсивности;

г) маркирующий слой должен быть расположен так, чтобы в любой оправе, которую невозможно с легкостью снять, такой как ювелирная оправа, значительная часть света, излучаемого маркирующим слоем, должна достигать наблюдателя или других средств распознавания. Хотя это может казаться очевидным, угол полного внутреннего отражения в алмазе благодаря его высокому показателю преломления составляет лишь 22,4°С от нормального падения, что приводит к некоторым неожиданным результатам, которые обсуждаются ниже. Опять же этот параметр сильно зависит от огранки камня, но тем не менее можно сделать некоторые обобщения;

д) пункты от а) до г) связаны друг с другом, так что в идеале маркирующий слой или большую часть его объема располагают в такой области конечного синтетического драгоценного камня, в которой обеспечивается его наиболее эффективное возбуждение и наиболее эффективная передача испускаемого излучения наблюдателю или в систему распознавания, но в котором не происходит чрезмерного усиления этого эффекта, приводящего к появлению влияния на видимый цвет камня.

Далее будет описано влияние полного внутреннего отражения на результаты наблюдения люминесценции, возникающей в объеме пластины или камня алмаза, полученного методом ХОГФ. В качестве примера рассматривается плоская пластина прямоугольной формы с абсолютно плоскими гранями типа {100}. Внешний световой луч с данным направлением будет проходить в алмазе в любом направлении, причем отражение приводит к тому, что у поверхности раздела луч изгибается ближе к нормали к поверхности раздела. Этот луч может претерпеть однократное внутреннее отражение от грани, параллельной другим осям, но затем опять выйдет из образца, по существу выход луча происходит после единичного прохода через материал. Однако при возникновении люминесценции в объеме камня направление ее распространения обычно одинаково по всему пространственному углу (хотя по неоднородной картине распределения можно определить дефекты кристалла). Представим однородное поле излучения в пространственном угле величиной 4π, которое взаимодействует с полным внутренним отражением гранями пластины. Любое излучение вне угла 22,4° к нормали к одной из граней трех типов ({100}, {010}, {001}) будет постоянно претерпевать полное внутреннее отражение.

Теперь представим небольшую угловую грань. Из внутреннего объема образца сможет выходить все излучение, падающее на эту грань изнутри в пределах угла 22,4° к его нормали, при этом очень небольшая часть излучения выходит через главные грани пластины. Таким образом, в этом случае интенсивное излучение наблюдается для граней, которые не параллельны главным граням. Однако на каждой грани, через которую выходит излучение, излучаемый луч отражается и в значительной степени заполняет полусферу пространственного угла с центром на нормали к плоскости грани. Из этого простого примера видно, что поведение возбуждающего излучения, проходящего в трехразмерный алмазный объект, и излучение света, возникающего в нем, может быть существенно разным.

Другим примером является обычный круглый бриллиант, ограненный синтетический драгоценный камень, алмаз, в котором слой вблизи площадки в общем случае вероятно влияет на видимый цвет камня и относительно легко возбуждается с помощью специального источника, но не может обеспечить необходимой интенсивности излучаемого через площадку луча из-за того, что весь свет, находящийся вне угла 22,4° от нормали к площадке будет претерпевать полное внутреннее отражение, к тому же возможно возбуждая камень ниже рундиста. Напротив слой вблизи калетты будет в общем случае меньше воздействовать на видимый цвет камня и для эффективного возбуждения может требовать более тщательного контроля угла и распределения луча возбуждения, но он может обеспечивать более эффективное излучение люминесценции через площадку вследствие полного внутреннего отражения гранями павильона (низа камня), расположенными ниже рундиста по направлению к калетте.

Одним конкретным типом слоя является слой, в котором основной активной допирующей добавкой является азот в форме центров NV° и NV^-, в которых при соответствующем более коротковолновом возбуждении возникает люминесценция на 575 нм и 637 нм, соответственно, сопровождающаяся электронно-колебательными полосами. Комбинация этих излучений выглядит оранжевой/красной и обычно обозначается как «оранжевая люминесценция». Эта люминесценция гасится, по существу, мгновенно при удалении источника возбуждения. Хотя этот слой хорошо виден при специальных искусственных условиях наблюдения, при нормальных условиях наблюдения и при соответственно подобранных концентрациях дефектов и/или количествах дефектов, как это предусмотрено в настоящем изобретении, центры такого типа не вносят значительных изменений в воспринимаемый цвет драгоценного камня.

В другом конкретном типе слоя преобладающей допирующей добавкой являются бор и соответствующий донор, такой как азот. В таком слое может происходить парная донорно-акцепторная рекомбинация, при этом под действием более коротковолнового возбуждения в слое появляется широкая полоса голубой люминесценции с пиками в области от 400 до 500 нм, обычно в области 500 нм. Под действием источника возбуждения возникает и затем растет во времени фосфоресценция, и в течение некоторого времени после удаления источника возбуждения можно наблюдать ее затухание, причем это время составляет обычно несколько секунд, хотя оно может достигать минуты и более. В этом типе слоя азот играет две важные роли: является донором в процессе рекомбинации пары донор/акцептор и путем компенсации бора уменьшает относящее к бору поглощение, которое в противном случае может быть причиной видимого голубого цвета. При соответствующих искусственных условиях освещения донорно-акцепторная люминесценция и фосфоресценция могут быть ясно видимыми в слое, а при нормальных условиях наблюдения слой не вносит значительных изменений в воспринимаемый цвет алмазного предмета.

Другие доноры, такие как внутренние дефекты, могут вносить вклад в этот вид люминесценции и фосфоресценции.

Наиболее эффективной структурой является та, в которой в немаркированном материале присутствуют слои двух типов, которые возможно используются поочередно или по некоторой другой схеме. В другом варианте один тип слоя, предпочтительно слой с оранжевой люминесценцией, может заполнять, главным образом, объем, не занятый другим слоем. Для появления как оранжевой люминесценции (575/637 нм), так и голубой полосы фосфоресценции (500 нм) можно выбрать более коротковолновое возбуждение или можно использовать комбинацию длин волн.

Способ визуального контроля метки частично относится к используемой волне(ам) возбуждения. При использовании излучения ниже запрещенной зоны (то есть света с энергией, недостаточной для возбуждения электронов непосредственно в запрещенной зоне, и таким образом не поглощаемого самим алмазом) излучение проходит через объем камня, при этом поглощение происходит только дефектами в маркирующих слоях, содержащих допирующие добавки, что позволяет возбудить объем этих слоев. Поскольку длины волн, излучаемые слоями, также пропускаются алмазом (хотя может иметь место некоторое поглощение дефектами слоев) наблюдатель может видеть, например, путем наблюдения через площадку камня значительную площадь слоя, которая излучает цвет внутри объема алмаза.

При выключении источника возбуждения оранжевая люминесценция сразу же гаснет, и воспринимаемый цвет излучения из алмазного материала, полученного методом ХОГФ, или маркирующих слоев внутри него, будет изменяться от оранжевого или некоторой комбинации оранжевого/голубого до голубого. Это будет обозначаться как оранжевая/голубая вспышка. Видимость такого изменения цвета, в частности видимость оранжевой компоненты на фоне голубой, может нуждаться в усилении путем использования соответствующих фильтров. Излучение ниже запрещенной зоны является предпочтительной возбуждающей длиной волны для простой демонстрации присутствия метки в образце синтетического драгоценного камня, обеспечивая ее распознавание через площадку граненого камня, даже если слои расположены в материале значительно ниже. В некоторых случаях, когда материал имеет форму синтетического драгоценного камня, может быть предпочтительным располагать эти слои ниже рундиста, так, чтобы края слоев были в общем случае скрыты оправой. В других случаях может быть предпочтительным располагать слои над рундистом, что позволяет видеть края слоев через грани короны. Чем ближе располагаются слои к центру синтетического камня, тем труднее удалить метку путем повторной полировки камня без значительной потери массы. Оранжевая/голубая вспышка особенно характерна для комбинации этих конкретных маркирующих слоев. Эта вспышка является уникальной характеристикой, которая не наблюдается в натуральных алмазах и вряд ли может случайно возникнуть в синтетических камнях. Специалисты в данной области техники должны понимать, что при использовании других дефектов могут возникнуть другие цветовые комбинации и что объем настоящего изобретения не ограничивается никакими конкретными цветами и условиями наблюдения, а охватывает в общем случае любые видимые отличительные метки, которые обычно невозможно обнаружить в натуральном алмазе и которые при нормальных условиях наблюдения не ухудшают существенно визуальных характеристик слоя или драгоценного камня.

При использовании излучения выше запрещенной зоны (то есть свет имеет энергию, достаточную для возбуждения электронов непосредственно в запрещенной зоне алмаза) алмазный материал сам поглощает входящее излучение и ограничивает проникновение глубиной вблизи поверхности камня. Это потенциально ограничивает видимость слоев площадями, близкими к поверхности, на которые непосредственно воздействует искусственное излучение. Два эффекта могут расширить область, в которой происходит поглощение излучения или наблюдается отклик, во-первых, если возбуждающее излучение близко к запрещенной зоне, то ослабление излучения в алмазном материале уже имеет место, но ограничения проникновения глубиной в несколько микрон от поверхности еще нет, и во-вторых, если носители заряда, возбуждаемые на поверхности входящим излучением, способны продвигаться в вглубь алмазного продукта и затем возбуждать слои в объеме. Возможность возникновения этих эффектов зависит от различных факторов, включая общую чистоту и совершенство кристалла синтетического алмазного материала вне специально маркированных слоев.

Однако эффект использования излучения выше запрещенной зоны в общем случае ограничивает область возбуждения поверхностью алмазного изделия и таким образом обеспечивает большую четкость картины слоев, хотя наблюдение этой характеристики часто требует применения более сложной аппаратуры наблюдения, в частности при наблюдении толщины слоев. В этой области, если наблюдать только края слоев и рассматривать конкретный пример слоев с чередующимися оранжевой люминесценцией и голубой фосфоресценцией, при возбуждении видны оба слоя, но после прекращения возбуждения будет наблюдаться только слой с голубой фосфоресценцией. Излучение выше з