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       高质量金刚石薄膜的开发对于推动量子技术、电力电子和热管理的发展至关重要。离子注入和剥离技术已成为制造具有可控厚度和大面积金刚石晶片可扩展生产金刚石薄膜的关键方法。
       莱斯大学的研究人员提出了一种结合离子注入、外延生长和电化学剥离的高效方法，用于制备高质量金刚石薄膜。相关工作以“Ion‐Implantation, Epilayer Growth, and Lift‐Off of High‐Quality Diamond Films”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

       首先，采用3 MeV碳离子（C2+）注入商业化学气相沉积（CVD）金刚石衬底，形成深度约1.6 μm的非晶碳层；随后通过微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）系统进行外延生长（甲烷和氢气为气源，温度约800°C），在生长过程中无需高温退火，非晶碳层直接转化为石墨层，并通过高分辨透射电镜（HRTEM）和电子能量损失谱（EELS）验证其结构演变；最后利用电化学刻蚀选择性去除石墨层，实现外延层的高效剥离，同时保留衬底的低粗糙度（0.3 nm），支持多次循环使用。该方法通过界面动态调控和原位石墨化机制，显著提升了金刚石薄膜的纯度（氮空位中心密度接近电子级标准），为量子技术和高性能电子器件提供了可持续制备方案。

       这项研究促进了对离子注入商业金刚石衬底上金刚石外延层生长过程中关键界面动力学的理解。利用高分辨率横截面电子显微镜和光谱分析，在外延层过度生长期间，受损金刚石层直接转化为石墨层，无需高温退火。沿侧面截面的拉曼和光致发光光谱映射突出了外延层的卓越品质和纯度，展示了与电子级金刚石相当的氮空位中心密度，使其非常适合量子和电子应用。最后，外延层通过电化学蚀刻有效分离，留下表面粗糙度低的基板，可在多个生长周期中重复使用。这些结果为改进离子注入和剥离过程、弥合界面演变中的关键差距以及为跨各种技术应用的可持续、高性能金刚石薄膜奠定基础提供了宝贵的见解。

       图文导读