金刚石薄膜新型电子材料

金刚石薄膜是一种在较大面积或者复杂形状材 料表面上形成的碳薄膜，其性质接近金刚石的特 性。据悉，近年来，研制金刚石薄膜已成为世界上 一些发达国家新技术角逐的重点之一，因为它在高 新技术和未来的工业中有着广泛的用途。特别值得 一提的是，金刚石薄膜将会成为下一代电子元器件 的新材料。 科学研究和分析的 结果表明，金刚石薄膜 有很多的优良特性。在 常温下，它的导热率是 铜的5倍；它的透明度 很高，从紫外线到红外线的各种波长的光均能通 过；它的导声速度很快，一般可达15000～16500 米／秒；它的电阻率大，可以达到10~6～10~(12)Ωcm；它 具有与硅、锗等半导体材料相同的结构，因此，其 耐腐蚀性能极强。金刚石薄膜电子元器件在工作时 可以保持较低的温度，因此，它是高速电子计算机 的理想部件。从本世纪70年代开始，日本、美国等 就开始大力研制。日本富士通公司利用高密度等离 子体技术研制的合成金刚石薄膜已经用来制作半导 体器件，使半导体器件可以在500℃的高温下工作。日 本昭和公司研制的高纯度合成金刚石薄膜已经用于 医疗仪器、光学仪器和制造精密的机械零件。美国北 卡罗来纳州州立大学和国立橡树岭实验室研制出可 用于半导体的金刚石薄膜。这种薄膜的制作方法是， 首先在铜衬底上注入碳离子，然后利用激光加热，时 间为45ns，在1cm~2大小的衬底上制作500■的薄 层。它为应用于电子器件的金刚石奠定了基础。我 国近年来，金刚石薄膜的研制工作进展速度也很 快，成都科技大学高新技术研究院应用微波等离子 体技术研制出了晶形完整、均匀致密的金刚石薄 膜，其各项性能指标已达到了国际先进水平。 据有关资料报道，金刚石薄膜的制作方法主要 有：化学气相淀积法、等离子体分解法、离子束 法等。目前，一般大都采用化学气相淀积法来制 作金刚石薄膜。这种方法的关键是在保证纯度的 前提下，加速沉积率。普通的研究实验室的最佳 成绩为每小时沉积50微米优质纯净的金刚石薄 膜。日本东京理工学 院采用最新的研究技 术，已获得了每小时 930微米的高沉积 率。 为了能使金刚石 薄膜成功地用于电子元器件，必须研究出低成本的 制作工艺，以便能在廉价的衬底上淀积出连续生长 的金刚石薄膜。制造金刚石薄膜所遇到的问题是很 难在表面能量较小的衬底上形成连续的金刚石薄 膜。气相淀积可以在1个大气压力下生产出金刚石 薄膜，这样一来加工成本就十分经济。 由于金刚石薄膜具有优良的力学、热学、光 学、声学和电学特性，因此，它可以广泛应用于各 种科学技术领域中。例如，利用金刚石薄膜可以制 成高电压的高速光开关，还可以制成紫外线传感 器、激光传感器、热敏电阻器等。科学家们认 为，在近期内，金刚石薄膜可能比高温超导体更 为重要，因为它更具有实用性。目前，带有金刚 石薄膜涂层的小电子元件已经问世，高速电子计 算机用的微型金刚石薄膜芯片正在研制中。可以 预料，采用金刚石薄膜制成的电子元器件将可以 取代大功率二极管和某些大功率中频器件。但 是，它的更重要的用途将是一些更新的领域。今 后，随着高科技的发展，在不久的将来，各种新 型的金刚石薄膜电子元器件将会脱颖而出，为现 代科技的进步增添异彩。