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邹小姐：13326633089 -
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钻石，也就是金刚(gang)石，根据晶体(ti)形态可(ke)分为单(dan)(dan)晶体(ti)、连生体(ti)和聚晶体(ti)。其(qi)中金刚(gang)石单(dan)(dan)晶由于缺陷少、品质(zhi)高，在某些应用(yong)领域具有不可(ke)替代的(de)(de)作用(yong)。不过天然的(de)(de)金刚(gang)石单(dan)(dan)晶在自然界中因(yin)其(qi)漫长的(de)(de)形成(cheng)过程和相对(dui)稀缺性(xing)，价格非常昂(ang)贵。
但随着人工合(he)成(cheng)方法越(yue)来越(yue)成(cheng)熟，人工合(he)成(cheng)金刚石(shi)逐渐出头，凭借其拥有的高(gao)强度、高(gao)硬(ying)度、热膨胀系数小、高(gao)导热性、化学稳定性、优(you)越(yue)的透(tou)光性和电学性质，在(zai)世界(jie)范围内引起了(le)广泛的研究兴趣。尤其是在(zai)半(ban)导体领域，更被认(ren)为(wei)是大有可为(wei)。
CVD金(jin)刚石的制备(bei)
目前人工合(he)成金刚石(shi)单晶(jing)的方(fang)法主要可分为两类(lei)：高(gao)温高(gao)压法（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。
而化学(xue)气相沉积法（CVD）是一种常见的薄膜材(cai)(cai)料(liao)制备方法，它(ta)利用气相前驱体(ti)在特定(ding)条件下发生化学反(fan)应，在特定(ding)基底(di)上沉积(ji)形成(cheng)所需(xu)薄膜材(cai)(cai)料(liao)。在单晶金刚石材(cai)(cai)料(liao)的制备中(zhong)，通常采用作(zuo)为甲烷和氢气作(zuo)为前驱体(ti)，在高温（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)的单晶金刚(gang)石衬底可以是天然金刚石、HPHT金刚石或CVD金刚石。
单晶金(jin)刚石生长衬底（晶(jing)种）
CVD金刚石的生长过程（gif）
“种(zhong)”好的金刚石
据(ju)中科(ke)院海洋新材料(liao)与应(ying)用技术重点实验(yan)室(shi)的科(ke)学家(jia)介绍，培育金刚石的过程就像种粮食，“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(gang)石在半导体领域的优势
CVD金(jin)刚(gang)石的外观、成分(fen)与天然(ran)金(jin)刚(gang)石几(ji)(ji)乎(hu)一样，物理、化(hua)学特性也没(mei)有太大不(bu)同，在肉(rou)眼下，两者看不(bu)出任何(he)区别。不(bu)过CVD金(jin)刚(gang)石之(zhi)所以受重视，最主要(yao)的原因(yin)就是“纯(chun)”，它与天然(ran)金(jin)刚(gang)石相比(bi)更加(jia)地干净，几(ji)(ji)乎(hu)没(mei)有任何(he)杂质(zhi)。
极高的纯度，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(xing)质，金刚石材料(liao)目前已在半导(dao)体领域中(zhong)独(du)占鳌头(tou)。金刚石与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极高的击(ji)穿(chuan)电场：高达(da)109Vem-1，是(shi)础化镓(jia)材(cai)料(liao)的(de)17倍，氮化镓(jia)材(cai)料(liao)的(de)2倍，碳化硅材(cai)料(liao)的(de)2.5倍。
②饱(bao)和载流(liu)子(zi)速(su)(su)度：在(zai)饱(bao)和载流(liu)子(zi)速(su)(su)度方面金刚石是(shi)硅(gui)、砷化镓(jia)的(de)2.7倍(bei)，而且载流(liu)子(zi)速(su)(su)度比(bi)础(chu)化镓(jia)的(de)峰(feng)值还要(yao)大，即在(zai)申场强度增(zeng)加时也可维持其(qi)高(gao)的(de)速(su)(su)率(lv)。
③载流子(zi)迁移(yi)率(lv)：金刚石(shi)的电子(zi)迁移(yi)率(lv)与空穴迁移(yi)率(lv)都优于(yu)其它(ta)半导体材料，室温(wen)下电子(zi)的迁移(yi)率(lv)为4500cm2/V·S，而硅仅为1500cm2/V·S，砷化镓为8500cm²/V-S，氮(dan)化镓低于1000cm2/V·S；金刚石空穴迁移率为3800cm2/V·S，而硅(gui)仅为600cm2/VS，砷化镓为400cm2/V·S，氮(dan)化镓为<50cm2/V·S，因而(er)，金(jin)刚(gang)石可以制作高频电(dian)子器件。
④低(di)的(de)(de)介(jie)电常数：金刚石(shi)的(de)(de)介(jie)电常数为(wei)5.7，约为(wei)砷(shen)化镓的(de)(de)二(er)分之一，小于InP的(de)(de)一半，即在给定的(de)(de)频率(lv)下，金刚石(shi)半导体(ti)具有(you)优(you)越的(de)(de)容(rong)性负载，这(zhei)为(wei)毫米波器件的(de)(de)设(she)计提供了极大的(de)(de)方便。
四种半导体(ti)材料的基本(ben)性质对比
半导体领域中，目(mu)前最主(zhu)流(liu)的(de)硅材料(liao)的(de)潜力基本已被挖掘(jue)到(dao)极致，需要有(you)更好的(de)材料(liao)来做接续。凭借上述的(de)各种优(you)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(suan)机(ji)或可(ke)凭(ping)借金刚石制成的芯片，大幅提升计算(suan)机(ji)热导(dao)率，让计算(suan)机(ji)在(zai)接近绝对零度下也能保持(chi)顺畅(chang)运行(xing)。
CVD金刚(gang)石(shi)的(de)发展目标(biao)
不过无(wu)论是什(shen)么产(chan)业，要更替原有的(de)生产(chan)模(mo)式使(shi)用新(xin)的(de)原材(cai)料并不容易，还需要时间去研发(fa)。
金刚石要应(ying)用于半导(dao)体产业，前提就是生产出尺寸较大的单(dan)晶材料，因此(ci)通过改进制备工艺生产出尺寸更大的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。
资料来(lai)源：
MPCVD法生长(zhang)单(dan)晶金刚石(shi)研究，段鹏。
CVD金刚石大单晶外(wai)延生长(zhang)及高(gao)技术应(ying)用前(qian)景，吕反修，黑立富，刘杰，宋建华(hua)，李(li)成明，唐(tang)伟忠，陈广超。
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