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河南万磨金刚石有限公司(万磨金刚石)是专注于高端超硬材料的综合性科技型企业。公司主营专业化定制类金属结合剂金刚石及各种金刚石微粉，广泛应用于锯切、磨削、研磨、抛光、精密研磨和超精密抛光等众多领域。
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河南万磨金刚石有限公司(万磨金刚石)是专注于高端超硬材料的综合性科技型企业。公司主营专业化定制类金属结合剂金刚石及各种金刚石微粉，广泛应用于锯切、磨削、研磨、抛光、精密研磨和超精密抛光等众多领域。
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河南万磨金刚石有限公司(万磨金刚石)是专注于高端超硬材料的综合性科技型企业。公司主营专业化定制类金属结合剂金刚石及各种金刚石微粉，广泛应用于锯切、磨削、研磨、抛光、精密研磨和超精密抛光等众多领域。
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什么是功能金刚石？其合成方式及发展前景是怎样？
发布时间：
2023-05-31
金刚石具有优良的电学性能：超宽的带隙，超高的击穿场强，高电子和空穴迁移率，有望成为“终极半导体”;在声学上，金刚石在所有材料中具有最高的表面声波速度和极高的杨氏模量;在光学上，金刚石可透过从远红外到紫外小于带隙能量的光子;在热学上，其导热性超过铜，因此金刚石具有跨领域应用的潜力。表1显示了金刚石材料的性能与其对应的应用领域。
一、功能金刚石的合成
相对于传统金刚石高温高压(HPHT)合成方法，功能金刚石主要采用(常压)化学气相沉积(CVD)的方法。CVD金刚石分为CVD薄膜(常规金刚石膜、纳米金刚石膜，厚度小于50μm)和自支撑型厚膜(单晶金刚石和多晶金刚石)。按合成技术分为微波辅助型(MPCVD)、热丝型和直流型。MPCVD技术是目前主流的合成高质量金刚石的方法。不同CVD技术的比较见表2所示。
表2 CVD合成金刚石的主要方法及特点
1、宝石级的人造金刚石
高温高压(HTHP)方法是制造培育钻石的主要方法。化学气相沉积(CVD)制造培育钻石方法，近三年突飞猛进，成本大幅减低，工艺稳定性取得明显进展，已量产并工业批量投放市场。
2、金刚石半导体
金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料，被业界誉为“终极半导体”。金刚石为间接带隙半导体材料，禁带宽度约为5.5eV，热导率高达22W/(cm·K)。室温电子和空穴迁移率高达4500cm2/(v·S)和3800cm2/(v·S)，远高于第三代半导体材料GaN和SiC。另外，由于金刚石具有很大的激子束缚能(约80meV)，使其在室温下可实现高强度的自由激子发射(发光波长约为235nm)，在制备大功率深紫外发光二极管方面具有很大的潜力，在极紫外深紫外和高能粒子探测器的研制中也发挥着重要作用。另外，对于单晶金刚石衬底材料的生长，还要有高的生长速率以及大的晶体尺寸，同时要实现金刚石的半导体功能需要对其进行有效的掺杂，使其具备良好的n型或p型导电性质。
可以展望，随着金刚石半导体技术的不断发展，未来必将突破n型掺杂技术、大尺寸高质量单晶制备及高平整度、高均匀性材料外延技术等瓶颈问题，实现更高功率性能的金刚石电子器件，从而为消费者创造更快、更轻、更简单的设备。金刚石半导体器件比硅芯片更便宜、更薄，基于金刚石的电子产品很可能成为高能效电子产品的行业标准，其将对一些高新行业和高新技术产品产生显著影响，包括更快的超级计算机、先进的雷达和电信系统、超高效混合动力汽车、极端环境中的电子设备以及下一代航空航天电子设备等。
3、金刚石的热学应用
金刚石具有目前所知的天然物质中最高的热导率(2200W/(m·K))，比碳化硅(SiC)大4倍，比硅(Si)大13倍，比砷化稼(GaAs)大43倍，是铜和银的4~5倍，低的热膨胀系数(0.8×10
-6~1.5×10-6K-1)和高的弹性模量等优良性能。是一种具有良好前景的优异的电子封装材料。典型的应用有金刚石增强金属封装材料(Dianmond/Cu、Diamond/Al)和热沉-金刚石衬底GaN器件等。金刚石增强金属基封装材料已经商用，其热导率已可达到350~600W/(m·K)，随着人造金刚石价格大幅降低，单位体积金刚石颗粒的价格已接近甚至低于W、Mo等难熔金属的价格，为大规模生产创造了必备的条件。
极高的导热系数与电绝缘相结合，使得金刚石成为许多高功率密度设备的散热器。激光二极管结处散热就是CVD金刚石的最早应用之一。最近，在晶圆数量级上，CVD金刚石与GaN的集成已经成为可能，这种集成允许在无线电频率下实现更高的功率密度。
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