CVD 鑽石形成過程之簡單示意圖，見圖 2-11[6]，鑽石是先在基材 上先成核，然後在基材上持續成長變為鑽石膜。而實際形成過程，一 開始是藉由通入的碳氫氣體經由一連串的高溫或電漿作用，解離出許 多的碳氫的活性基。這些活性基會在氣相和基材表面聚集形成原子團 (cluster)，當原子團尺寸達某一臨界值，將會穩定存在且能持續成長，
我們稱這核種的生成過程為成核。目前有二種成核機制，分別為同質 成核(homogeneous nucleation)與異質成核(heterogeneous nucleation)。所 謂同質成核即是指鑽石的核種是在氣相中形成，然後沉積至基材表面 後繼續沉積成長；而異質成核則是直接在基材表面上成核生長，以下 回顧並探討這兩個理論。
圖 2-11 鑽石成核成長過程之示意圖[6]
2. 4. 1 同質成核 (Homogeneous nucleation)
在 1975 年，Derjaguin 與 Fedoseev 曾經依據古典成核理論預測同 質成核的可能性[16]。隨後 Matsumoto 與 Matsui 等人也有類似的理論 預 測 ， 認 為 在 CVD 氣 相 中 的 碳 氫 化 合 物 (adamantane 、 tetracyclododecane、hexacyclopentadecane)非常有可能是具有鑽石結構 的碳原子團，經過一連串的凝聚後形成小型的鑽石核種[17]，其分子結 構，如圖 2-12 所示。對 adamantane(C10H16)而言，是由三個由六個碳原 子組成的六角環所構成，被認為是鑽石結構中碳原子的最小結合體，
可形成 chair structure ; 而其餘二種，可能是雙晶鑽石的胚，胚成長後 形成五軸對稱(pseudo-fivefold symmetry)的鑽石微粒。實驗的觀察中確 實可以發現氣相中的確有鑽石晶粒，見圖 2-13[18]，但是這樣的一個理 論卻仍無法被廣大的鑽石研究學者所接受。原因是假如同質成核為鑽 石成核的主要過程，那麼即使在不同基材上應該也可以得到相近的鑽 石成核密度，但實際的觀察並非如此。以矽基材為例，有經過鑽石研 磨的矽基材其鑽石成核密度將會由 102 cm-2升到 106 cm-2以上[19,20]，
這顯示同質成核並非主要之成核機制。
圖 2-12 均 質 成 核 理 論 中 adamantane 、 tetracyclododecane 和 hexacyclopentadecane 之碳氫化合物分子結構[17]
圖 2-13 微波電漿系統所收集到的電漿氣氛中的鑽石核種[18]
2. 4. 2 異質成核 (Heterogeneous nucleation)
異質成核理論也可稱為表面成核理論，簡單的說就是在異質基材 上或顆粒上形成鑽石核種。由於鑽石的表面能極高，因此當基材的表 面能高時，鑽石便容易成核。而基材的能量高的位置如斷鍵、缺陷、
晶界、刮痕、差排、突起的差階等便容易成核生長鑽石。Yarbrough 和 Messier 的論文中[21,22]提及影響鑽石異質成核的因素有下列幾種：
(一) 基材表面缺陷，如空孔(Vacancy)[22][23]、差排(Dislocation)、
晶體成長螺紋(Growth Spirals)、階差位置(Steps)、V 形凹槽 (Reenty Grooves)、晶界(Grain Boundary)和雙晶(Twins)等。
(二) 抑制生成的石墨相生成的氫氣(H2)。
(三) 自由能(free energy)。
(四) 表面能(surface energy)。
(五) 介面能(interface energy)。
(六) 晶格常數差距(lattice constant)或 mismatch。
(七) 是否有飽和或過飽和的 sp3的碳鍵結。