CVD鑽石的先鋒 

採訪：陳逸駿、蔡奇展、杜雨潔 / 撰文、整理：杜雨潔

此文刊於 GIA台灣校友會年刊"2021專業珠寶家", 敬請參與GIA 臺灣美國寶石研究院校友會臉書社團 https://www.facebook.com/groups/gia.aatc/about

世界的大型開採鑽石礦開發至今已有百來年的歷程，大家可能沒有想到台灣會是個重要的鑽石礦區。一個鑽石男和一個科研男的相遇，讓 ”鍊鑽術” CVD鑽石率先不斷突破每個階段的製程，讓國際上越來越多的學界和業者知道台灣有個這麼會長鑽石的鑽石礦而慕名前來。此回很榮幸邀請到阿里山鑽石科技公司的李政民總經理以及世界鑽石研發的靈魂人物顏志學博士接受GIA台灣校友會的採訪。

翻開台灣鑽石業發展史，早在80年代台灣從蘇聯鑽CZ的製作和切磨加工人才為基礎，升級到曾為全球的天然鑽石重要切磨加工國，伴隨著台灣工商業等經濟起飛一路發展。大至公共建設、汽車業、各類模具加工、細到IT科技業、光學、航太、生醫、消費性產品，廣到珠寶產業熟悉的許多環結，例如開礦工程、原石切磨、寶石車工到金工鑲嵌抛磨等等，再再都得應用到鑽石的特性所製造出來的切、磨、銑、鑽、抛，各種工具才有能力做出我們看到的一切，整個鑽石產業鏈的生產供應影響全球發展甚巨。

青年創業家李政民

李政民總經理自台北工專材料系畢業、創業至今就和鑽石離不開關係。1990年代台灣半導體業在台灣深耕，個人電腦PC時代來臨，眾多精密加工業同時成長，再加上汽車、電子零件、建築、生活五金、機械設備及工作母機等產業齊聲蓬勃發展。隨著精密加工使用材料的升級，所有物件要求的精密度和硬度就更高，傳統磨料如氧化鋁(Al2O3)、碳化矽(SiC)與後來碳化硼(B4C)的效益明顯不足。心裡盤算，鑽石必竟是硬度最高的材料，有”終極材料”的稱號。因此鑽石能提供最好的選擇！

鑽石工具需求遽增，不過鑽石粉的成本佔整件工具成本超過1/3，當時國內全倚賴進口，而且只由GE奇異 & DeBeers戴比爾斯兩家瓜分全部市場。於是年輕的李政民積極找尋鑽石粉商機，開啟了踏入鑽石事業的前端。從代理歐美的工業鑽石品牌，如Warren/Engis/Saint-Gobain(單晶)鑽石微粉、DuPont / Spring / Microdiamant (多晶) 鑽石微粉、Antwerp天然鑽石等，應用於鑽石工具製造、硬碟讀寫紀錄頭及精密加工產業。工業鑽石的應用廣泛，1998年他即深入各種工具、部品及設計專用的加工設備與製造，應用於LED、手機、光伏太陽能、光電，和像對半導體的治具、藍寶石、精密陶瓷、矽(單/多晶)、碳化矽、石英等複合式硬脆及薄化材料的加工，都得用到工業鑽石。

危機翻轉為新企機

回想中國製造業開始大量生產合成鑽石粉，造成全世界合成鑽石產業鏈的版圖改變。在利潤與競爭壓力下，公司開始從鑽石物料的代理和進口，改變為鑽石產品的研發與製造，朝數據存儲，LED，PV光伏發電，光學，半導體，精細陶瓷等硬脆材料的加工應用及解決方案的區塊前進。發展到2015年當時，有感於合成單晶鑽石的長晶技術提升，應用的層面更寛，如刀具、手機殼、寶石、基板等，不過高溫高壓製程的HPHT鑽石在現有技術上，尺寸和型態皆受限，因此決定投入化學氣相沉積法CVD鑽石長晶領域，以求在尺寸面積、純度、淨度、顏色、生產成本上取得優勢，同時著手延攬國內外大學研發技術及本土製造技術專業人才的資源，共同開發CVD鑽石的生產製程與相關設備。

相逢自是有緣

在鑽石切磨大前輩曾盛龍的圓夢鑽石工廠的相遇，讓創業家與科學家開起圓夢之路。

大家對多年前一陣沸沸揚揚將牛糞變鑽石的新聞應該還有印象，當時不僅震驚了珠寶界還有科技業。或許被記得的是美國卡內基研究院地球物理實驗室的負責人毛河光，然而真正研發出Very Large Diamonds Produced Very Fast (大鑽石量產快) 突破空前技術的，是同樣來自台灣的顏志學博士，他的論文不只被Nature、PSS等科學雜誌刊登引用且成為封面人物，公開發表CVD鑽石研究申請專利後，全世界有百家實驗室一窩蜂投入CVD的研發，但就是無法突破鑽石生長的速度，重量要達3克拉都很難而且長出來的鑽石普遍帶棕黃色，因而紛紛退場。顏博士卻大突破做到10克拉無色的透明鑽石，等於是CVD鑽石的大躍進。鑑定機構GIA對此亦大感興趣，研究部門一再連絡他們，希望了解這種鑽石的特性及鑑定方法。

謙虛靦腆的顏博士不斷表示，是成大電機系微電子所講座教授曾永華早在1990年代研究出僅需一至二週就實驗出5mm厚的鑽石，突破了以往得耗時七個月的培育門檻，以及毛河光教授讓他們的研發團隊有資源發揮，才能有目前的成果。

顏博士帶著我們依循在廠裡的CVD反應爐進行說明，一邊從透明的石英視窗看進去一顆顆整齊排列發紅的鑽石晶體，現場說明長晶艙室的氣體和降溫設備等設計的考量，和一系列後續的雷射切割等流程，以CVD法生產鑽石的模組於友善工作環境和安全上有絶對的優勢。

共創鑽石礦

2018年從事鑽石工業製程開發的李總與顏博士在台灣共創阿里山鑽石，是台灣唯一自產自銷CVD鑽石的公司。主要品項包括CVD鑽石晶種、寶石級鑽石及工業鑽石刀具等，提供給工具製造商製作成鑽石工具，再供應光電、汽車、半導體產業等大廠。由於技術成本高昂，珠寶產業及切割工具是目前培育鑽石的主流。以研發為主軸，李總更創新成立品牌開發生命鑽石，特別開發一種氣化機，讓有機體轉為氣體，再以化學氣相沉積的CVD法，讓氣體注入再結晶為顆顆專屬的訂製鑽石。對於開發LGD實驗室培育鑽石於珠寶行業這一塊，是十分務實的想法和做法，當科技應用材料力求突破的途中，需投入相當龐大的資金和心力。談話中他們透露，其實在珠寶鑽石方面能有的所得營收，其實大部份都再投入科技用鑽石的研發上了，創業的執著與精神由此落實。

發展過程的挑戰與突破

CVD技術對台灣來說雖然不是新學問，但長單晶可以長厚(大)、長好(品質)、高良率的量產還是面對很多困難與挑戰。一是人才及養成，二是更合適的生產設備，三要讓實驗室研發的成果過渡到生產線量產並提升良率及降低生產成本，是如何行銷至全球市場，五是如何有足夠的資金當靠山，才能擴增產能及產品線和行銷網的建立。

團隊的熱情與戮力以赴突破重重關卡，締造不錯的成果。阿里山鑽石科技目前主要的產品應用有鑽石工具、珠寶飾品、光電子級三大類。從台灣半導體前輩的指導及資源整合，搭配了CVD長晶製程，一年內的時間開發出自製的長晶設備。接著突破既有的技術，擴增為二倍以上的長晶面積，增加產能並降低生產成本。寶石級晶體方面，可以不經改色直接生產D到J色等級的鑽石，克拉重量達方形原石(Cube) 3-15 cts 、毛胚(4P流程後-註一) 0.5-7 cts 、刻面裸石0.5-5 cts、淨度(Clarity) : VVS-SI。同時經過氮(N)含量的調整及改色工藝的搭配，可產出粉紅色、藍色及黃色三大色系的鑽石。科技類可以生產出高純度電子級別的鑽石，供半導體、光電元件使用。

CVD鑽石的展望

全球化產業變化快速，科技產業除了要有很好的研發製程能力、精密的設備外，還要新的應用材料。除了矽Silicon外，半導體開始發展砷化鎵GaAs, 氮化鎵GaN, 氮化鋁AlN, 碳化矽SiC等第三類半導體材料。但目前已發現的材料，其物理化學等特性都不及於鑽石的優異！鑽石在科技業的完美特性，透光領域、折射率、電洞速、低熱脹、防腐蝕能力、電阻、負陰電性、低摩阻、傳聲速率、抗輻射、抗熱振、耐磨性、硬度、強度、尖銳度等，都是每一個運用的領域中的極品；只是目前技術及生產成本太高，尚無法大量採用。

在珠寶行業的發展，基本上目前呈現國外熱國內冷的狀態。完美車工和拋光後，CVD鑽打造出有白鑽逸品之稱的Type IIa級鑽石，不過培育鑽石的市場仍屬小眾，發展指日可待； 2019年，天然鑽石原石銷售約1.5億克拉，培育鑽石原石銷售約300萬克拉，僅占天然鑽石約2～3％。

台灣培育鑽石市場現階段屬於開始萌芽的階段，投入店面零售方面的廠商需要更多的訊息，需要協助店家與消費者建立在採購LGD鑽石上的觀念和判斷。因此這個市場的發展只是時間上的問題。在國際市場主要外銷印度、中國、美國，美國為最大宗，印度是主要加工地。香港、杜拜、曼谷可能是未來LGD交易較熱絡的城市。

阿里山著名的美麗景緻 ”鑽石日出” 光彩奪目，阿里山鑽石科技的李總和顏博士有遠見有願景而且築夢踏實，不僅為世界的珠寶行業注入新的活力，更將為台灣的科技產業再創升級的前景。