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       金刚石是一种由纯碳元素组成的单质，与石墨、纳米碳管、富勒烯等均属同素异形体，是一种集声、光、热、力、电，以及量子等众多优异性能于一身的多功能超极限材料。

       金刚石最引人关注的性质是其电子学（半导体）特性。它具有超宽禁带、高载流子迁移率、高热导率和低介电常数等优异的电子学性质，基于金刚石材料的半导体器件有望在高频、大功率和高温高压，以及极端环境中运行。金刚石通过掺杂等方式可呈现n型导电和p型导电，综合性能远超GaAs、GaN和SiC等材料，是未来最有前景的（超）宽禁带半导体材料。

主要宽禁带材料的参数对比

       金刚石合成与加工
       目前，人工合成金刚石的主流方法可分为高温高压（HPHT）法和化学气相沉积（CVD）法两大类。其中，HPHT法主要用于合成金刚石粉体（或小尺寸单晶），主要应用于切割、磨削、抛光等机械工具领域。不过，HPHT法对于金刚石内部缺陷和杂质的控制比较困难，目前还无法满足半导体金刚石材料的合成需求。

高温高压法结构简图

       CVD法可以制备高质量的金刚石，因其优越的腔室真空环境，使所制备的金刚石材料内部杂质较少。CVD法包括热丝CVD法、等离子体喷射CVD法、微波等离子体CVD法。在这三种CVD方法中，微波等离子体CVD（MPCVD）法因为没有电极污染而备受青睐。

CVD法合成技术简图

       目前，MPCVD合成半导体金刚石材料的主要目标是实现晶圆级（2英寸及以上）、低缺陷的金刚石单晶。技术路线包括异质外延法、同质外延法（如拼接生长和三维生长）等。前者目前已经可以实现4英寸单晶金刚石生长，但是其内部缺陷密度较高，与半导体材料的基本要求仍有较大差距。而后者目前仅能实现不大于2英寸的单晶金刚石生长，且在拼接缝处存在缺陷聚集的问题，成为限制该技术发展的关键瓶颈。

大尺寸单晶金刚石生长路线示意图