人造金刚石合成技术的发展

Logo人造金刚石合成技术的发展LogoContents前言1金刚石的合成方法2结语3Logo1前言Logo金刚石由成正四面体排列的碳原子构成，中心碳原子以4个sp3杂化轨道与4个邻近的碳原子成键，形成4个共价键。与其他材料相比，金刚石具有最大原子密度，最大可能多的单位原子共价键数目，极强的原子键合能，从而这也就决定了为什么金刚石会具有如此多的卓越性能。Logo金刚石优异性能硬度最高膨胀系数低击穿电压高热导率最大抗强酸强碱抗辐射最宽透光波段LogoLogo2合成方法低压化学气相沉积(CVD)法2动态超高压高温合成法3还原热解催化合成（水热法）4静态高压高温(HPHT)法1Logo2.1静态高温高压法如果我们在模仿大自然的高温高压条件下，克服二者之间存在的巨大能量势垒，则可以将石墨转化为金刚石。常用的方法为合成条件较低的添加触媒催化的高温高压合成，即静态高温高压法。Logo2.2低压化学气相沉积(CVD)法CVD法是在金刚石的亚稳定区，用加热、放电等方法激活碳基气体(如甲烷)，使之离解出碳原子和氢原子，碳原子在甲基和氢原子的作用下在固相基片如籽晶上沉积形成金刚石薄膜(单晶或多晶)。Logo2.3动态超高压高温合成法冲击波法爆轰波法爆轰产物法利用高速飞片撞击石墨靶板，使石墨在撞击过程中生成微米级的金刚石颗粒。将石墨与高能炸药混合，在炸药爆轰的过程中压缩石墨使其变为金刚石。利用富氧平衡炸药在爆轰时，没有被氧化的碳原子在爆轰瞬间的高温高压条件下，经过聚集、晶化等一系列物理化学过程，形成纳米尺度的碳颗粒集团，用氧化剂除去非金刚石相，就得到纳米金刚石。Logo2.4还原热解催化合成（水热法）该方法采用一种全新的还原热解催化合成化学路线，即通过改进的武慈(Wurtz)反应，用CCl4为碳源(sp3)，过量的金属钠为反应剂及熔剂，以Ni-Co-Mn合金为催化剂，在高压釜中，700℃条件下合成金刚石。该法在催化剂的作用下，通过碳(sp3)-碳(sp3)偶联形成正四面体网状结构，可形成金刚石。Logo方法优点缺点静态高温高压法制造工艺较简单，生长速度快产品尺寸小，反应条件高低压化学气相沉积法品质高；解决了金刚石大面积和复杂形状的应用问题后续加工困难；生产成本过高且生长速度慢爆轰产物法产品具有纳米特性；工艺简单，合成成本相对较低；产品品质可调控难点在于爆轰生产的提纯和硬团聚体的分散水热法大幅度降低反应温度产量低；重复性差Logo2.5其他方法如激光法等。使用激光器为人造金刚石提供温度和压力，将不再使用金属溶剂而直接向石墨加温加压．这样一来不仅可以避免晶体中掺杂的金属熔剂包裹体，而且可以更有效的控制金刚石的生长过程，使人造金刚石的质量大大提高。Logo大单晶金刚石合成技术的进一步提高和成本下降；一旦金刚石半导体研制成功并广泛应用到各个领域，人类的物质文明将更上一层楼。钻石时代单晶硅时代钢铁时代3结语Logo