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邹小姐(jie)：13326633089 -
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钻石(shi)(shi)(shi)，也就是金刚石(shi)(shi)(shi)，根(gen)据晶体(ti)形态(tai)可分为(wei)单(dan)(dan)晶体(ti)、连生(sheng)体(ti)和聚晶体(ti)。其(qi)中金刚石(shi)(shi)(shi)单(dan)(dan)晶由(you)于缺陷少、品质高，在(zai)(zai)某(mou)些应(ying)用领域具(ju)有不可替代(dai)的作用。不过天然的金刚石(shi)(shi)(shi)单(dan)(dan)晶在(zai)(zai)自然界(jie)中因其(qi)漫长的形成过程和相对稀(xi)缺性，价格非(fei)常昂贵。
但(dan)随着人工合(he)成方法越来越成熟(shu)，人工合(he)成金刚石逐渐出头，凭(ping)借其拥有的(de)高强度、高硬度、热膨(peng)胀系(xi)数小、高导(dao)热性、化学稳定性、优越的(de)透光性和(he)电学性质(zhi)，在世界(jie)范围内(nei)引起了广泛的(de)研究(jiu)兴趣(qu)。尤其是在半导体领域(yu)，更被认为(wei)(wei)是大有可(ke)为(wei)(wei)。
CVD金刚(gang)石(shi)的制(zhi)备
目前人工(gong)合成金刚石(shi)单晶的(de)方法主要(yao)可分为两类：高(gao)(gao)温高(gao)(gao)压(ya)法（HTHP），化学气相沉积法（CVD）。其中HTHP法可获取的单粒尺寸相对较小，而且高温高压法合成的单晶可能含有触媒等杂质，并且无法有效地进行半导体掺杂。
而化(hua)学(xue)气相沉积法(fa)（CVD）是一种常(chang)见的薄膜材(cai)料(liao)制备方法，它利用气(qi)相前(qian)驱体在(zai)特定(ding)条件下发(fa)生化学反应，在(zai)特定(ding)基底上(shang)沉积形成所(suo)需薄膜材(cai)料(liao)。在(zai)单晶金刚石材(cai)料(liao)的制备中，通常(chang)采(cai)用作(zuo)为(wei)甲(jia)烷和氢气(qi)作(zuo)为(wei)前(qian)驱体，在(zai)高温（约1000℃）、常压（1大气压）或低压条件下，以单晶金刚石衬底作为基底，以气相外延的方式生长单晶金刚石，所用(yong)的单(dan)晶金刚石衬底(di)可以(yi)是天然金(jin)刚石、HPHT金刚石或CVD金刚石。
单晶金刚石(shi)生(sheng)长衬底（晶种）
CVD金刚石的生长(zhang)过程（gif）
“种”好的金刚石
据中科(ke)院(yuan)海洋新(xin)材(cai)料与(yu)应用技术(shu)重点实(shi)验室的科(ke)学(xue)家(jia)介绍(shao)，培育金刚石的过程(cheng)就像种粮食(shi)，“首先要有一个籽晶片，还需要用到甲烷气体，甲烷在能量作用下，形成了一个碳的等离子体，这个等离子体就像灰尘一样，在空气中慢慢沉积到金刚石的籽晶片，一点一点沉积上去。”
CVD金刚石(shi)在半(ban)导(dao)体领域的优势
CVD金(jin)(jin)刚(gang)(gang)石(shi)(shi)的外观、成分(fen)与天(tian)(tian)然金(jin)(jin)刚(gang)(gang)石(shi)(shi)几(ji)乎一(yi)样，物理、化学(xue)特性也没有(you)太大不(bu)同(tong)，在(zai)肉眼下，两(liang)者看不(bu)出任何(he)区别。不(bu)过(guo)CVD金(jin)(jin)刚(gang)(gang)石(shi)(shi)之所(suo)以受重(zhong)视(shi)，最主(zhu)要的原因(yin)就是“纯”，它与天(tian)(tian)然金(jin)(jin)刚(gang)(gang)石(shi)(shi)相比更(geng)加地(di)干净，几(ji)乎没有(you)任何(he)杂质。
极高的(de)纯度，使得CVD金刚石在应用上比天然金刚石拥有更多的可能性——比如说凭借优异的电学性质，金刚石(shi)材料目前(qian)已在半(ban)导体领域中(zhong)独占鳌头(tou)。金刚石(shi)与c-BN（6.4eV）、Ga2O3（4.8eV）、AIN（4.eV）等材料禁带宽度在5eV左右，同属于当前热门的的超宽禁带半导体材料。其中金刚石的禁带宽度为5.47eV，是当前单质半导体材料中带隙最宽的材料，其各项电学性质极其优异：
①极高(gao)的(de)击穿电(dian)场：高(gao)达(da)109Vem-1，是础化(hua)镓(jia)材(cai)料的17倍(bei)，氮(dan)化(hua)镓(jia)材(cai)料的2倍(bei)，碳(tan)化(hua)硅材(cai)料的2.5倍(bei)。
②饱和载流子速(su)度(du)：在饱和载流子速(su)度(du)方面(mian)金刚石(shi)是硅、砷(shen)化镓的2.7倍，而且载流子速(su)度(du)比础化镓的峰(feng)值(zhi)还要大，即在申场强(qiang)度(du)增(zeng)加时也可(ke)维(wei)持其高(gao)的速(su)率。
③载流(liu)子(zi)迁(qian)移率：金刚(gang)石的电子(zi)迁(qian)移率与空穴迁(qian)移率都优(you)于其它半导体材料，室温下电子(zi)的迁(qian)移率为4500cm2/V·S，而硅仅(jin)为1500cm2/V·S，砷化(hua)镓为8500cm²/V-S，氮化(hua)镓低于(yu)1000cm2/V·S；金刚石空穴迁移率为3800cm2/V·S，而硅仅为600cm2/VS，砷化镓为400cm2/V·S，氮(dan)化镓为<50cm2/V·S，因而，金刚(gang)石可以制作高频电子器件(jian)。
④低的介(jie)电常数(shu)：金刚(gang)石(shi)的介(jie)电常数(shu)为(wei)5.7，约为(wei)砷化镓(jia)的二分之一，小于InP的一半，即在给定(ding)的频率下，金刚(gang)石(shi)半导体(ti)具有(you)优越(yue)的容(rong)性(xing)负(fu)载，这为(wei)毫米波器件的设计提供(gong)了极大的方便。
四种(zhong)半导体材料的基本性质对比(bi)
半(ban)导体领域中，目前最(zui)主流(liu)的硅(gui)材(cai)(cai)料的潜力基本已(yi)被挖掘到极致，需(xu)要有更好(hao)的材(cai)(cai)料来做接(jie)续(xu)。凭借上述的各种优势，CVD金刚石确实有机会成为下一个半导体世代的绝佳材料，能让电子产品运转更快，而且更耐热，不容易损坏。科学家认为，未来的量子计算机(ji)或可凭(ping)借金刚石制成的芯片，大幅提升计算机热导率，让(rang)计算机在接近绝对(dui)零度下也能保(bao)持顺畅(chang)运(yun)行。
CVD金刚石的发展目标
不(bu)过无论是什么产(chan)业，要(yao)更替(ti)原有的生产(chan)模式使用新的原材料(liao)并不(bu)容易，还(hai)需要(yao)时间(jian)去(qu)研(yan)发。
金刚石要应用于半导体产业，前提就是(shi)生(sheng)产出尺(chi)寸较大的单(dan)晶材料，因此通过(guo)改进(jin)制(zhi)备(bei)工艺生(sheng)产出尺(chi)寸更(geng)大的CVD金刚石就是该产业目前主要的发展目标。随着制造技术的进步和成本的降低，人工合成金刚石有望引发新一代半导体技术的革命。
资料(liao)来源：
MPCVD法生长单晶金刚石(shi)研究(jiu)，段鹏。
CVD金刚石大单晶(jing)外延(yan)生长及高技术应用前(qian)景，吕(lv)反修，黑立富，刘杰，宋建华，李成明(ming)，唐伟(wei)忠，陈广超。
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