钻石,又称金刚石,作为珍贵宝石不仅具有极高的美学价值,还因其优异的物理性质成为理想的工程材料。尤其在电子和光学元件领域,钻石具备极高的热传导性能、载流子迁移率以及从红外到深紫外的光学透明性,理想适用于高频、高功率电子元件的制造。然而,由于其坚硬的晶体结构,钻石在工业制造中面临许多挑战,特别是在薄膜制造方面,限制了其广泛应用。
为了克服这些难题,香港大学(港大)与内地科研团队联合研发了一种新型的金刚石薄膜制造技术,突破了传统制造方式的多重瓶颈。该团队通过创新的“边缘暴露剥离法”,成功实现了超薄、超柔韧钻石薄膜的高效生产。这种技术不仅能够在10秒钟内制造出一个两英寸的金刚石晶圆,而且每个晶圆的成本仅为1,000港元,比传统方法节省了大约三倍的时间和成本。
相比传统的金刚石制造工艺,如高温高压或化学气相沉积法,新技术的优势非常明显。传统方法需要将碳元素转化为金刚石,通常需要一周的时间,且生产出来的金刚石厚度达到5,000微米。相对而言,新技术只需在短短10秒内生成厚度仅为1微米的金刚石薄膜,生产效率大幅提升。
此外,团队还进一步优化了薄膜的表面质量,成功制造出表面超平坦的金刚石膜,这对于高精度微纳制造至关重要。通过这种技术,金刚石薄膜不仅具有优越的柔性,还能为可穿戴电子设备、先进光学元件及量子技术器件的制造提供新的应用前景。
这种金刚石薄膜技术的广泛应用潜力不仅限于半导体制造,还可以用于紫外探测器、微机电系统(MEMS)、晶元散热器等领域。钻石作为一种热导率是铜的六倍的材料,其在电子元件中的散热能力极为优秀,能够有效提升电子器件的功率。
目前,港大的研究团队已在多个国家和地区申请了这项技术的专利,并计划与学术界和产业界的合作伙伴一起推广这一革命性产品。随着金刚石薄膜制造技术的成熟,预计将为半导体和电子制造工艺带来全新的标准,推动这一领域进入一个新的时代。
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