图6-12表示了CVD金刚石的发射率［8］。在图上的曲线1和曲线3是根据透过率测量由下式计算发射率，即
(1?R)(1?e??d)?? （6-3） ??d1?Ree??d?T （6-4） 1?r式中：ε为发射率；T为透过率；R为单面反射率；r是双面反射率。曲线2和曲线4是直接测量的发射率。从图上看出，从透过率计算和直接发射率测量随波长有相同的变化趋势。但两种测量的结果并不重合。图6-13表示了三种不同微观结构特征的CVD金刚石的吸收系数与温度的关系［8］。可以看出，尽管微观结构特征缺陷密度不同，但它们随温度有相同的变化趋势。从而表明，共同的声子吸收特征支配了吸收率，微观结构特征缺陷对发射率没有明显影响。
图6-12 CVD金刚石的发射率
1－350℃，从透过率计算 ； 2－350℃直接计算 ； 3－100℃透过率测量； 4－100℃
直接计算。
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图6-13 在10μm，三种不同质量的CVD金刚石吸收系数与温度的关系 A－厚度1mm，光学级β＝0.1cm；B－厚度0.5mm；β＝0.2cm；
－1
－1
C－厚度0.5mm；热学级β＝0.21cm－1。
在很宽的波段范围测量了折射指数和介电常数，波段范围从近红外一直到毫米波，发现高质量CVD金刚石的折射指数和介电常数变化不是很大。例如从8μm～200μm波段。折射指数变化是从2.38～2.40，微波频率从36GHz～245GHz，介电常数?的变化范围是5.66～5.69（由n??，对应折射指数变化范围是2.38～2.39）。在微波频率，通过材料的微波损失（也称介电损失）通常用损失角δ的正切tanδ来表示。tanδ与微波吸收系数之间有下列关系，即
??2tan?/?n （6-5）
式中：λ为自由空间微波波长；n为折射指数（n＝?）。可以看出，吸收系数与tanδ成正比。
在对材料进行tanδ测量时，要求样品直径至少大于30mm。样品厚度决定于测量频率，厚度应为共振腔自由波长1/2的整数倍。因此，厚度应等于共振腔的波长除以介电常数。例如，在72GHz下进行测量则需要样品厚度为0.872mm。表6-2给出了在不同的微波频率损失正切及对应的吸收系数［18］。从表中看出，在毫米波段，吸收系数在10－2 cm－1～10－3 cm－1，吸收是很小的。可以看出，在微波波段的吸收要比10.6μm的吸收系数小很多。
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表6-2不同微波频率下介电损失和吸收系数
频率 /GHz 36 72 144 145 145 300×10 －2[18]
吸收系数 /（10cm） 1.40～0.27 0.26 0.72～1.90 0.72～1.45 0.11～0.36 2.9～ －2－1波长（自由空间）波长/折射指数 /mm 8.33 4.16 2.08 2.08 2.07 10.6×10 －3tanδ /(10) －63.5 1.75 0.85 0.87 0.87 4.45×10 －380～150 73 100～265 100～200 15～50 2.1～11 CVD金刚石室温折射指数的色散可用下式表示［19］：
0.3306?24.3356?2 （6-6） n(?)?1?2?222??(175)??(106)2如果认为折射指数随温度的变化与色散无关。那么，在升高温度时折射指数与波长的关系为
n(?,t)?7.8?10?6t?4.9?10?8t2?3.28?10?11t3?1.185?10?14t4?n(?) （6-7） 式中：t是温度。
6.2.2 CVD金刚石的热学性质
在现代的通信和信息处理中，光电等集成电路需要很好的热沉用于热消散。而对于红外窗口和整流罩材料更要求有好的热学性能，才能有很强的抗热冲击能力。前面讨论的Ⅱa型天然金刚石则具有很高的抗热冲击能力。
热导率和热扩散率是表征材料热学性质的两个重要的参量。热导率是度量入射能量和所产生的温度梯度之间的关系；而热扩散率则是度量通过材料热量的传播速度。热导率和热扩散率成正比，热导率κ和热扩散率?之间有下列关系：
???c? （6-8） 式中：c为比热容，ρ为材料密度。
一般的说，金刚石纯度越高，完整性越好，热导率就越高。前面曾提到，在天然Ⅱa型金刚石中同位素13C的含量对热导率有极大的影响。但是对CVD金刚石，热导率和光学透过率之间的关系就不是这么简单。
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实验发现，在热导率比较低时，热导率和光学透过率之间有较好的对应关系。这种CVD金刚石中非金刚石碳的含量比较高，碳含量对热导率和光学透过率产生相似的影响。当CVD金刚石的热导率比较高时，非金刚石碳的含量很低。这时影响热导率和透过率的因素就与晶体的多晶界面夹杂、完整性和纯度等有 关。图6-14表示不同热导率的CVD金刚石的透过率
[20]
图6-14不同热导率的CVD金刚石的紫外
－可见透过率
。
明显可以看出，对于热导率小于16.5W/cm?K，在热导率和光学透过率之间有明显的对应关系，但是对于高质量的CVD金刚石热导率和透过率之间并无明显的对应关系。影响热导率和透过率的更细致的机理还不是十分清楚。
热导率与热扩散随温度的升高而降低。图6-15表示在室温（300K）κ＝8.5W/cm?K和20.5W/cm?K两种不同质量的CVD金刚石热导率和热扩散率随温度的变化曲线［20］。从图6-15（a）中看出，对于质量差的CVD金刚石在低温下有很低的热导率，随着温度的升高，热导率升高，在275K～400k达到稳定值（接近室温值）后开始下降。而对于高质量的CVD金刚石在低温下有很高的热导率，随着温度升高而下降。
图6-15两种不同质量的CVD金刚石的热导率和热扩散率随温度的变化
（a）质量差的CVD金刚石（室温κ＝8.5W/cm?K）；（b）高质量CVD金刚石（室温κ＝20.5W/cm?K）。
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当温度升高时，热导率下降，这种随温度变化趋势在天然Ⅱa型金刚石中也观察到 [21]。这两种质量的热扩散率随温度变化有相似的规律，只不过高质量CVD金刚石在室温下的低温段随温度的变化要更加陡峭，如图6-16所示。
度的变化
图6-16不同质量CVD金刚石热扩散率随温
目前，高质量CVD金刚石的热学性质已经非常接近天然Ⅱa型金刚石。在表6-3中给出在室温下高质量CVD金刚石、天然Ⅱa型金刚石和其他一些材料热学性质的比较［20］。从表中可明显看出：①CVD金刚石的热学性质几乎与天然的Ⅱa型单晶金刚石相同；②在所有已知的材料（包括电的良导体）中，金刚石的热导率是最高的。
表6-3 CVD金刚石和其他材料在室温下的热学性质
材料 热导率 比热容 热扩散率 2[20]
线性热膨胀系数 /（10?K16 23.2 2.6 4 6.3 0.8～1.0 0.8～1.2 19.2 ?6?1/（W/m?K） /（J/kg?K） /（cm/s） Cu（导体） Al（导体） Si（半导体） ALN（绝缘体） BeO（绝缘体） Ⅱa型金刚石 （绝缘体） CVD金刚石 （绝缘体） Ag（导体） 397 239 139 170～220 260 1000～2300 2100 418 3.44 4.67 1.71 2.38 9.44 1.81 1.81 1.16 0.51 0.81 0.8 0.27 11.0～12.1 可到11.6 ） CVD金刚石在50K～1100K温度范围热膨胀系数和天然Ⅱa型金刚石是一样
［11］［22］的。在100K～1600K范围，天然金刚石的热膨胀系数可以用一个多项式表示，
即
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