金剛石功能化應用領域（yù）介紹

  金剛石具有（yǒu）優良（liáng）的電學性（xìng）能：超寬的（de）帶（dài）隙，超高的擊穿場強，高電子和空穴遷（qiān）移率，有（yǒu）望亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91為“**半導體”；在聲學上，金剛石在所有材料中具有*高的表麵聲波速度和極高的楊氏模量；在光（guāng）學上，金剛石可透過從遠紅外到紫外小於帶隙能（néng）量的光子；在熱學上，其導熱性（xìng）超過銅，因此（cǐ）金剛石具有跨領（lǐng）域應用的潛力。表1顯示了金剛石材料的性能與其對應的應用領域。

表1. 金剛石材料的性能

功能金剛石的合亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91

    相對於傳統金剛石高溫（wēn）高壓(HPHT)合亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91方法，功能金剛石主要采用(常壓)化學氣（qì）相沉積(CVD)的方法（fǎ）。CVD金剛石分為CVD薄膜(常規金剛石（shí）膜、納米金剛石膜，厚度小於50μm)和自支（zhī）撐型厚膜(單晶金剛石和多（duō）晶（jīng）金剛石)。按合亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91技術分為微波輔助（zhù）型(MPCVD)、熱絲（sī）型和直（zhí）流型。MPCVD技術是目前（qián）主流的合（hé）亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91高（gāo）質量金剛石的方法（fǎ）。不同CVD技術的比較見表（biǎo）2所示。

表2. CVD合亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91金剛（gāng）石的主要（yào）方法及特點

功能金剛（gāng）石的應（yīng）用

    1 寶石級（jí）的人造金剛石

    高溫高壓(HTHP)方法（fǎ）是製造培育鑽（zuàn）石的主要方法。化學氣相沉積(CVD)製造培育鑽石方法（fǎ），近三年突飛猛進，亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91本大幅減低，工藝穩定性取得明顯進展，已（yǐ）量產並工業批量投放市場。

    2 金剛石半（bàn）導體

    金剛石被認為是製備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件*有（yǒu）希望的材料，被業界譽為“**半導體”。金剛石為（wéi）間接帶隙半（bàn）導體材料，禁（jìn）帶寬度約（yuē）為5.5eV，熱導率高達22W/(cm·K)。室溫電（diàn）子和空穴遷移率（lǜ）高達4500cm²/(v·S)和3800cm²/(v·S)，遠（yuǎn）高於第三代半導體材料GaN和SiC。另外，由於（yú）金剛石具有很大的激子束縛能（néng）(約80meV)，使（shǐ）其在室溫（wēn）下可實現（xiàn）高強（qiáng）度的自由激子發射(發光波長約（yuē）為235nm)，在製備大功率深紫外發光二極管方麵具有（yǒu）很（hěn）大的潛力，在極紫外深紫外（wài）和高能粒（lì）子探測器的研製中也發揮著重要作用。另外（wài），對於單晶金剛石襯底材料的生長，還要有高的生長速率以及（jí）大的晶體尺（chǐ）寸，同時要實現金剛石的半導（dǎo）體功能需要對其進行有效（xiào）的摻（chān）雜，使其具備良好的n型或p型導電性質。

    可以展望，隨著金（jīn）剛（gāng）石半導體技術的不斷發（fā）展，未來必（bì）將突破n型摻雜技術、大尺寸高質量單晶製備及（jí）高平整度、高均勻（yún）性材料外延技術等瓶頸問題，實現更（gèng）高功率性能的金剛石電子器件，從而為消費者創造更快、更輕、更簡單的設備。金剛石半導體器件比矽芯片更便宜、更薄（báo），基於金剛石的電子產品很可能亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91為高能效電子產品的行業標準，其將對一些高新行業和****產品產（chǎn）生（shēng）顯著影響，包括更快的超級計（jì）算機、先進的雷達和電信係統、超高效混合動力汽車、極端環（huán）境中的電子設備以及（jí）下一代航空航天電子設備（bèi）等。

    3 金（jīn）剛石的熱學應用

    金剛石具有目前所知的天然（rán）物質中*高的熱導率(2200W/(m·K))，比碳化矽(SiC)大4倍，比矽(Si)大13倍，比砷化稼（jià）(GaAs)大43倍，是銅和銀（yín）的4~5倍，低的熱膨脹係數(0.8×10^-6~1.5×10^-6K^-1)和高的彈性模量等優良性能。是一種具（jù）有良好前景的優異的電子封（fēng）裝（zhuāng）材（cái）料（liào）。典（diǎn）型的（de）應用有金剛石增強金（jīn）屬封裝材料（Dianmond/Cu、Diamond/Al）和熱沉-金（jīn）剛石襯底GaN器件等。金剛石增強金屬基封裝（zhuāng）材料（liào）已經商用，其熱導率已可達到 350~ 600W / (m·K)，隨著人造金剛石價格大幅降低，單位體（tǐ）積金剛石顆粒的價格已接近甚至低於W、Mo等難熔金（jīn）屬的價格，為大規模生（shēng）產創造了必備的條件。

    極高的導熱（rè）係數（shù）與電絕緣相結合，使得金剛石亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91為許多高（gāo）功率密度設備的**散熱器。激光（guāng）二極管結（jié）處散熱就是CVD金（jīn）剛石的*早應用之一。*近，在晶圓（yuán）數量級上，CVD金剛石（shí）與GaN的集亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91已經亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91（chéng）為可能，這種集亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91允許在（zài）無線電頻率（lǜ）下實現更高的功率密度。

    4 光學應用

    理想的電力傳（chuán）輸（shū）窗口將具有：

    (a)非常低的總吸收(窗（chuāng）口和塗層（céng）的吸收係數×窗（chuāng）口厚（hòu）度。

    (b)低（dī）熱膨脹係數(幾何形狀隨溫度的變化較小)。

    (c)高（gāo）導熱率(將熱量從加熱物體中散開的能力（lì）)。

    (d)高強度和楊（yáng）氏模量(允許使用更薄的窗口)。

    (e)折射率隨（suí）溫度變化小。

    金剛石幾乎全部滿（mǎn）足上述要求，多晶金剛石在光學（xué）窗口方麵有許多應用場景，部（bù）分已產業化。

    除了光學窗（chuāng）口外，多晶金剛石還具有裝飾作用，金剛石（shí）的塗層不僅具有閃光效果還有多種顏（yán）色。用於高端鍾表的製造，奢侈（chǐ）品的裝飾性塗層以及直接作為（wéi）時（shí）尚製品。金剛石其強度和硬度是康寧玻璃的6倍和10倍（bèi），因此（cǐ）也被應用於手機顯示屏和照相機鏡頭。

    5 金剛石（shí）聲學器件

    金剛石密度低，楊氏模量和強度高，這（zhè）使得它亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91（chéng）為一（yī）種高性能的（de）高頻聲材料。

    金剛石，可以在高達70kHz的頻率下保持完美（měi）的（de）振動運動而不失真，從而提供幾乎完美的聲音再現。此外金剛石還具有*高的聲表麵波（bō）速，是用於聲表麵波濾波器的**材料，能夠提高濾波（bō）頻率和功率承受能力。

    6 摻硼金剛石(BDD)電極

    研究表（biǎo）明BDD是一種環（huán）保新型電極材料，作為陽（yáng）極的電（diàn）化學法（fǎ）對染料、農藥、抗生素、內分泌幹擾物等多種（zhǒng）難降解的有機汙染物、大分子物（wù）質等（děng）都表現出了很好的去除效果，幾（jǐ）乎都可實現完全礦化，是一種環境（jìng）友好型的汙染治理方法，因（yīn）而得到了越來越多的關注。

    采用摻硼金剛石(BDD)作為電極的電化學氧化法，利用（yòng）在水中產生具有強氧化性能的羥基自由（yóu）基(·OH)，能（néng）快速（sù）高效地降（jiàng）解汙水中的有機物，這類電極具有*寬的電（diàn）化學窗（chuāng）口、極高的析氧電位、極好的化學穩定（dìng）性，可在強酸、強堿、高鹽環境中長（zhǎng）時間連續運行，有望亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91（chéng）為*具潛力有機廢水處理技術（shù）。

    7 金剛石量子（zǐ）技術的應用

    金剛石量子技術為21世紀（jì）的（de）兩（liǎng）個關（guān）鍵問題提供了潛在的解決方案:生物醫學和持續增長的信息經濟。金剛石有能力（lì）將缺（quē）陷變亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91量子資源，這種缺陷是特定的，即氮空位缺陷（xiàn）(NV)，其獨特的（de）性質使其量子（zǐ）態可以在室（shì）溫下使用光來（lái）操縱和讀（dú）出（chū）。在基於量子的應用中，人造金剛石充當雜質或缺陷（xiàn）的主體，像固態原子陷阱一樣起作（zuò）用。這些雜質的量子特性，例如氮（dàn）空位缺陷，可以單獨操作並使其（qí）相互作用，並且從這些雜質發出的光的（de）光子可以用於讀出它們的量子信息。

    由於金剛（gāng）石具有廣闊的應用前景、化學惰性、機械（xiè）硬度、表麵改性能（néng）力（lì）、可（kě）調導電性和生物相容性等（děng）優點，金剛石作為醫（yī）療器械與人體（tǐ）之間的界麵（miàn）被廣泛研究。金剛石（shí）塗層已被考慮用於各種醫療設備的應用，包括保護塗層、生物界麵和生物（wù）傳感器。大尺寸的單晶/多晶金剛石可以製亚洲精品乱码久久久久久蜜桃91鋒利的刀片。納米金剛石根據（jù）其特性可以用作運輸藥物（wù）和具有標（biāo）記特性的靶向材料。

    8 納米金剛石潤滑油

    納米金剛石具有較大的表麵（miàn）積，且表麵有（yǒu）著豐富的官能（néng）團，這些特性使其表麵具有特殊的吸附性，易於發生化學反應（yīng），故經過處理的球形納米金（jīn）剛石（shí）在潤滑油中有著良好的分散性。近年來（lái），大量（liàng）的（de）實驗表明，在潤滑油（yóu）中加入千分之一的球形納米金剛石就能有效地提高潤（rùn）滑油的抗磨減震效果，而且可（kě）以廣泛應用於各種機械結構中。