人造金刚石界的优等生：CVD金刚石

       人造金刚石制备方法主要有高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD）。CVD法金刚石通常采用甲烷和氢气作为前驱体，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，所用的单晶金刚石衬底可以是天然金刚石、HPHT金刚石或CVD金刚石。

       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。”

一、CVD金刚石的制备流程

       该法能够制备纯度较高、尺寸较大的金刚石颗粒或金刚石膜，具有很高的利用价值，同时随着技术的进步，可以工业化生产的尺寸也逐渐扩大，应用价值持续提升，应用领域也进一步拓展，未来有望广泛应用于电子器件、激光器、导弹、航天等领域。

二：CVD金刚石的优势：

       CVD金刚石的外观、成分与天然金刚石几乎一样，物理、化学特性也没有太大不同，在肉眼下，两者看不出任何区别。不过CVD金刚石之所以受重视，最主要的原因就是“纯”，它与天然金刚石相比更加地干净，几乎没有任何杂质。且具有极高的击穿电场、极高的饱和载流子速度及迁移率、低的介电常数等优异的电学性质。因此CVD金刚石材料目前已在半导体领域中独占鳌头。

三：常用的CVD金刚石制备技术：

       目前，目前国内使用的CVD金刚石沉积技术主要有四种，分别是热丝化学气相沉积(hot filament CVD，HFCVD)、直流辅助等离子体化学气相沉积(direct current plasma assisted CVD，DC-PACVD，也称作热阴极化学气相沉积)、微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma CVD，MPCVD)以及直流电弧等离子体喷射化学气相沉积(DC Arc Plasma Jet CVD)等。

MPCVD法是当前世界上研究和制备金刚石及薄膜的主流方法。MPCVD法一般采用金属作腔体，由于其微波能量无污染、气体原料纯净、没有催化剂和杂质的掺入等优势，使得金刚石的质量得到改善，在众多金刚石制备方法中脱颖而出，由于CVD法合成金刚石打破了设备对衬底尺寸的限制，为大面积单晶金刚石生长提供条件，成为制备大尺寸、高品质单晶金刚石最有发展前景的技术之一，这也大大拓展了金刚石材料在高技术领域的应用潜力。

       MPCVD法也可以制备面积大、均匀性好、纯度高、结晶形态好的高质量金刚石薄膜，适合在各种曲面（异形表面）上涂覆金刚石薄膜，能制备各种不同需要的金刚石薄膜制品。并且可以原位实施基体与金刚石薄膜之间的中间层的多种不同处理工艺，适用性强。设备具有使用操作简便，能长期稳定运行，生产的重复性好，能耗低，运行成本低的优点。

金刚石要应用于半导体产业，前提就是生产出尺寸较大的单晶材料，因此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。

四、CVD金刚石、静待花开

       CVD法制备的工业金刚石因其高硬度、强导热率与红外透光率等优异性能，未来有望在军事上有诸多用途。如用于抗热冲击、耐高温的导弹整流罩；红外透光率高、激光折射损耗度低的红外光学窗口；高强度、高硬度等性能可用于单兵防弹衣以及坦克、舰艇等外层防护层等。

       现阶段我国CVD制造技术还有很大的进步空间，作为国家政策鼓励和支持的战略性新兴产业，近年来，国家出台了一系列支持和促进本行业发展的法律法规和产业政策文件，CVD金刚石的发展，可以被视作一种国家层面的诉求，源自对科技进步和工业发展的刚需。

未来的企业若能够通过新的工艺和设备，以更低的成本生产尺寸更大、缺陷更少的金刚石晶体。这一点将使得CVD金刚石的广泛应用成为可能，也是奠定其庞大的市场规模的基础。

       CVD金刚石产业待后期产量和价格稳定，具备明显性能优势及成本优势后，有望在半导体、国防军工等领域打开发展空间。

不过无论是什么产业，要更替原有的生产模式使用新的原材料并不容易，还需要时间去研发。

转载自：超硬的涟漪