人造钻石与电子应用

Element Six的技术主管Adrian Wilson向AZoM介绍了人造钻石的独特特性，以及如何将其应用于许多不同的行业。

您能简单介绍一下Element Six和它所涉及的主要领域吗?

Element Six成立于20世纪60年代，是戴比尔斯集团公司的成员，是人造金刚石超材料制造的国际市场领导者。欧洲杯足球竞彩如今，Element Six是一家价值5亿美元的公司，在10个国家拥有生产设施，为全球5000多家客户提供服务。

人造钻石的独特特性使其工艺和最终产品性能发生了巨大的变化，适用于光学、半导体、卫生和水处理以及传感器等广泛的行业。

Element Six专门研究“超级材料”——你能解释一下超级材料欧洲杯足球竞彩的概念并提供一些例子吗?

独特的工程材料，如人造金刚石、立方氮化欧洲杯足球竞彩硼、硅硬质合金和碳化钨，被认为是“超级材料”，因为它们在各种应用中具有无与伦比的性能。

例如，人造钻石的分子结构使其成为世界上用途最广泛的超材料——碳原子以密集的四面体排列连接在一起，使其具有难以置信的强度，并赋予其比其他材料更高的硬度。欧洲杯足球竞彩

人造金刚石无与伦比的硬度使其成为石油和天然气钻井中使用的刀具的理想材料，通过减少磨损，可以延长刀具的使用寿命。它的高导热性使其成为一种用于电子行业的创新热扩散器，在电子行业，50%的电子故障是由于热造成的。

此外，通过人造钻石的小电流会产生臭氧，这是一种强大的消毒剂，是漂白剂的环保替代品。这只是人造金刚石超材料正在探索的许多变革性应用的几个例子。欧洲杯足球竞彩

Element Six的CVD金刚石热扩散器。图片来源:元素6

众所周知，钻石是一种受欢迎的珠宝材料，但它在材料科学领域也极其重要。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球金刚石具有哪些关键特性使其在工业应用中不可或缺?

人造金刚石的特殊硬度在机械和磨料应用方面具有固有的优势。然而，它也有许多其他极端的属性，包括:

• 最宽的光传输光谱
• 已知的最高热导率
• 宽的电子带隙
• 已知最高的抗热震能力
• 优良的电绝缘体性能
• 很低的摩擦系数
• 化学和生物惰性

上述特性使人造金刚石在各种工业应用中不可或缺。它的高导热性使电子和半导体制造取得了革命性的进步。而高功率抗合成金刚石光学窗口是激光等离子体(LPP)极紫外(EUV)光刻系统的关键实现因素。

作为一种电极，人造金刚石可用于废水处理和强氧化剂的生产。在包括生物医学传感器在内的电分析应用中，合成金刚石传感材料提供了稳定的电化学性能，使其具有最高水平的灵敏度、选择性和响应性。

人造金刚石最近也成为一系列基于量子的应用的候选材料，包括:安全量子通信，量子计算和磁场/电场传感。

人造钻石和天然钻石有什么主要区别吗?

天然金刚石和人造金刚石的分子结构是相同的。天然钻石和人造钻石的主要区别在于后者是由人类通过两种方式之一——化学气相沉积或高压、高温(HPHT)合成而成。

当使用高温高压合成人造钻石时，在足以熔化钢铁的温度下，要施加超过55000个大气压——相当于在一罐花生酱上堆叠大约5000辆汽车。当金刚石通过化学气相沉积(CVD)生产时，底物被制备，各种气体，包括碳源(甲烷)和氢，被引入并电离成化学活性自由基。

CVD金刚石生长使Element Six能够控制在不同衬底上的大面积金刚石生长过程中引入的化学杂质和特性，根据选择的具体应用对材料进行不同的元素工程。

天然钻石因其独特的性质而具有极高的价值，Element Six在人造钻石材料中不遗余力地严格控制和复制非常特殊的性能，以确保一种可靠和成本效益高的工程材料。

看看金刚石在电子产品中的散热作用，你能不能解释一下金刚石在这些应用中的作用，以及为什么在越来越小、越来越强大的电子设备中这是重要的?

大多数具有欧洲杯足球竞彩高导热性的材料也是导电的。相比之下，人造钻石有很高的导热性，但导电率可以忽略不计。这对电子设备来说是无价的，因为钻石被用作散热片。高效的散热，在不影响设备性能的前提下，延长了设备的使用寿命。

在半导体技术中，人造金刚石热扩散器可以防止硅和其他半导体材料过热。欧洲杯足球竞彩这一点尤其重要，因为根据摩尔定律，电子设备变得越来越小，越来越强大，而且越来越难以控制热量。人造钻石因此成为一项关键的使能技术，因为它具有散热器的功能。

化学气相沉积(CVD)是Element Six用于生产这些应用的人造金刚石的方法——你能概述一下为什么要使用这种方法，以及它如何影响金刚石热扩散器的最终性能吗?

在Element Six，我们采用专有的微波化学气相沉积(CVD)工艺来生长人造金刚石。这种方法允许我们严格控制生长条件，消除化学杂质，并将各种性质的金刚石材料工程。这确保了生产高度一致的材料，具有可预测的性能和行为，使各种应用，包括高功率电子的热扩散器。

您能否详细解释Element Six的GaN-on-diamond半导体技术，以及它是如何使用的?

Element Six的GaN-on-diamond半导体晶圆技术是首个商业化的同类技术。GaN-on-diamond是为晶体管电路制造商设计的，具有高功率、高温度和高频率特性，GaN-on-diamond能够快速、高效和经济的热提取。这一过程降低了封装设备的工作温度，解决了占所有电子故障50%以上的发热问题。

GaN-on-diamond晶圆是世界上最导热的材料之一。欧洲杯足球竞彩事实上，在室温下，独立的多晶CVD金刚石上的氮化镓的导电性是铜的5倍，这有助于降低操作温度和整体系统水平成本，同时增加射频器件的功率。GaN-on-diamond系统可以在功率放大器、微波和毫米波电路中实现，以显著降低器件温度，同时保持输出性能。

与人造钻石相关的量子新发展有哪些?

最近，Element Six与荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)合作，成功实现了两块金刚石中原子状缺陷之间的量子纠缠。

这一突破是实现基于钻石的量子网络、量子中继器和远程遥传的重要一步，改变了信息处理的方式，使新的系统能够有效地解决当今信息网络和计算机无法解决的问题。

这种量子纠缠是用人造钻石实现的，人造钻石包含了一种可以用光和微波操纵的特殊缺陷。该缺陷由一个氮原子与一个缺失的碳原子相邻组成，称为氮空位(NV)缺陷。

NV缺陷发出的光使得缺陷的量子特性可以用显微镜“读出”。通过在NV缺陷周围形成小透镜，并仔细调整通过电场发射的光，代尔夫特团队能够使两个NV缺陷发射难以分辨的光粒子(光子)。欧洲杯猜球平台这些光子包含了NV缺陷的量子信息，进一步的操作使得这两个缺陷的量子力学纠缠成为可能

这些发现表明，我们有能力在万亿分之一的水平上控制钻石晶格中的单个原子缺陷——这是一项重要的成就，它不仅将帮助我们创建一个处理信息的量子网络，而且最终将帮助我们打造未来的量子计算机。

我们实际上只是触及了人造钻石产品应用范围的表面——您能简要概述一下对Element Six很重要的一些进一步应用领域吗?

上述问题未提及的其他应用范畴包括:

• 利用金刚石的惰性特性和掺杂硼的能力使其导电，从而产生高度可逆的电化学传感器。
• 在双极性电化学电池中使用掺杂硼的钻石，将腐蚀性液体分解成危害较小的化学物质。
• 将钻石生长成圆顶形状，用于高端音频系统的高音喇叭。
• 使用具有氮空位中心的高纯度单晶金刚石制造出占地面积非常小的磁力计，具有通过磁场的大小和方向感知的能力。

在使用人造钻石时，会遇到哪些典型的问题? Element Six如何缓解这些问题?

对于许多新兴的应用，我们的客户并不熟悉如何在他们的产品中集成人造钻石。我们为客户提供应用支持，从基本的技术建议到金属化服务，甚至在某些情况下，钻石集成子系统，以减轻这种不熟悉。

你认为人造钻石在工程和电子领域的应用将在未来十年取得怎样的进展?

随着电子元件对更高功率密度的需求不断增加，热挑战只会加剧。人造金刚石将成为许多射频和功率器件类型的热管理需求。

在非研磨性应用方面，我们完全期待在半导体、光学、传感器和水处理领域加速采用金刚石，因为金刚石的独特特性为我们的客户展示了改变游戏规则的价值。

我们预计人造金刚石的磨料用途将继续增长，因为更多具有挑战性的复合材料需要加工，消费者需要更美观的加工表面，而人造金刚石作为一种低磨损率材料的经济性为其用户提供了差异化。欧洲杯足球竞彩

关于艾德里安•威尔逊

Adrian Wilson自2011年7月以来一直在Element Six担任技术主管。艾德里安加入元素六从他担任副总裁/ Mmnager SoC (SoC)和总部位于加利福尼亚的形状因子公司企业营销主管,一个高科技供应商全球芯片制造商,在那里他负责SoC业务单元,所有企业营销活动和战略规划。

他拥有超过20年的市场营销、销售和综合管理经验，特别强调新产品和新市场开发，并在美国加州、德国和英国担任过各种职务，包括半导体设备初创企业的总裁和首席执行官。2020欧洲杯下注官网

Adrian获得了德蒙福特大学(De Montfort University)的电子工程学士学位(荣誉)和市场营销研究生文凭。他在澳大利亚墨尔本拉筹伯大学(La Trobe University/APESMA)获得技术管理硕士学位。他还是英国特许营销学会的会员。