钻石的优点钻石展品的罕见的组合物理、光学和热性能,使其成为极具吸引力的材料,许多应用程序。它是人类所知的最坚硬的材料,在室温下的热导率最高的材料,但电绝缘和透明在红外区域从225纳米到电磁波谱的(除了一个二阶吸收5μm)。钻石的一些基本属性表1中列出。 表1。钻石相比其他选择材料的性质。欧洲杯足球竞彩
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钻石 |
2000年 |
1 x 1014 |
110年 |
铜 |
380年 |
1.7 x 108 |
0.04 |
氧化铝 |
30. |
3.3 x 108 |
20. |
硅 |
168年 |
3.2 x 105 |
11.5 |
奈米 |
140年 |
- - - - - - |
1.7 |
缺点的钻石然而,这些相同的优良性能如硬度和化学惰性是主要缺点处理时需要钻石,正如人们预期的那样,它是昂贵的。小,人工,生产单晶钻石,但这需要极高的温度和压力。钻石毅力也是商业化生产,用于制造磨料的切削工具和应用程序。 对化学气相沉积(CVD)金刚石膜的生产在1980年代出现在俄罗斯报道称钻石可以形成汽相的相对较低的温度和压力。虽然起初有些怀疑,这些报告生成大量的研究化学蒸汽沉积(CVD)的多晶金刚石。 增长的多晶金刚石多晶金刚石可以增长了许多不同的化学汽相淀积技术,包括微波等离子体辅助化学蒸汽沉积、热灯丝沉积、等离子体射流沉积和燃烧火焰沉积。 微波等离子体辅助化学蒸汽沉积GEC-Marconi材料技术欧洲杯足球竞彩,微波等离子体辅助化学汽相淀积技术用于独立的钻石,图1中,通常µm 50至2000µm厚,和越来越多的涂料(< 50μm厚),它可以掩盖结构直径200毫米。自营材料聚晶金刚石通常生长在硅基质,这是化学增长后删除。晶片可以抛光、加工和激光切割所需的设备尺寸,图2。
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图1所示。一个50毫米直径的抛光白色钻石晶片。 |
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图2。钻石TEM网格(直径3毫米)。钻石的纯度高和低原子序数的碳,使其成为理想的基质来分析目的。 |
沉积过程是如何工作的
所有的沉积技术依赖于建立一个动态非平衡系统的能力,只有sp3碳键可以生存。这是通过烃自由基的存在,更重要的是,通过大量沉积原子氢的气体。烃自由基提供蒸汽金刚石沉积的碳来源。氢原子被认为扮演两个重要角色:它消除了sp2结合碳(石墨),而稳定的悬空键四面体地保税碳sp3。通过创建一个等离子体系统中原子氢占优势,任何石墨结合蚀刻掉,只留下高质量钻石。 增长率和等级的多晶金刚石聚晶金刚石的增长率有很强的影响材料的最终质量。相对较高的增长率是可能的,但以牺牲样本相纯度。这导致了不同等级的CVD金刚石的发展覆盖广泛的多样性的应用程序。有两种主要类型。高质量、低增长率白色透明的钻石包含几乎没有石墨,和用于电气和光学应用。高增长率的黑色钻石,其中包含少量的石墨,尤其是在晶界,用于热管理应用程序,如散热器。 化学气象沉积Dia申请蒙德CVD金刚石是一种相对较新的材料和许多不同的应用程序正在接受调查。然而两个地区已经使用的刀具插入和散热器。 切割工具在刀具的应用程序中,硬度和热耗散的增加超过其他材料使工具能够在较高的温度和较长时间更新。欧洲杯足球竞彩这将导致增加工作物流量和减少停机时间。 散热器钻石有导热铜在室温下的五倍。这个属性,加上其高电阻率,使它的理想材料用作散热器高功率的电器设备。钻石散热器已经用于生产固体激光器二极管。 半导体在1980年代末(乐观)认为钻石是“21世纪的半导体材料”。将会呈现出一种高带隙(~ 5.5 eV),优秀的导热性,高细分领域,高电荷载流子迁移率、负的电子亲和能,高辐射宽容和高声速。然而,很难猜,因为钻石的亚稳态特性在正常压力。使用硼p型掺杂已经实现,但迄今为止还没有成功的n型掺杂的金刚石(尽管一些有前途的工作最近报道)。另一个困难是,钻石外延层尚未产生。当外延和n型掺杂材料可用,钻石会开始侵入高功率半导体市场。钻石的高成本可能会限制其使用,但它会发现应用程序在高价值,专业设备,改进性能超过成本的增加。 电气设备钻石可以找到应用程序在许多不同的电气设备,在掺杂或纯的形式。这些包括场效应晶体管和MOS晶体管;负的电子亲和能设备用作电子发射器,核辐射探测器和紫外线太阳能盲目的探测器。 微波通信钻石已经被使用的一个领域是在声表面波(看到)微波通信设备。一个声波的波长在固体是105时间短的一种电磁波,所以微波仪器的小型化是可行的。与大多数电子设备一样,需要更高的操作频率,和当前的材料(如石英和LiNbO欧洲杯足球竞彩3)达到其实际的限制。钻石的引入将可能的波速度增加当前的三到四倍的材料。欧洲杯足球竞彩设备操作2 GHz已经证明在日本使用CVD金刚石。 太阳能盲目的紫外线传感器因为钻石是透明的红外和可见光区域的电磁光谱,和展品的带隙5.5 eV(即在紫外区域),这是一个使用一个真正的候选人太阳能盲紫外传感器。这些设备已经被证明了。透明度的电磁频谱的红外区,使它的理想材料应用红外窗口和传感器。 有限公司2激光窗口钻石是很困难的,惰性和热冲击阻力高,相比许多红外透明材料,如奈米。欧洲杯足球竞彩一个特定应用程序的巨大的希望是有限公司2激光输出窗口。在操作过程中,窗口热吸收激光,这热量消散,以避免失真的光学窗口。奈米目前作为窗口材料,但它有一个低导热系数,限制了热量的损耗,因此操作激光的力量。钻石的热导率消散热量更好,所以允许更高的功率输出。其他应用包括红外传感器头用于化学积极的环境和作为机载雷达的窗户。 射频和微波设备最后,钻石也有可能应用于射频和微波设备。这是一个可能的替代蓝宝石高功率射频输出窗口和氧化铝作为微波电路的衬底材料。再次,其高导热系数将导致输出功率增加。 总结CVD金刚石的成本降低,它的使用将进一步增加和多样化。然而,对于任何新材料,必须解决两个领域如果它是成为一个商业上可行的产品。首先,必须降低生产成本。这不仅将实现由规模经济随着需求的增加,但在开发新一代的沉积系统这将使越来越多的高品质钻石是更大的地区。其次,新的兴奋剂,处理和加入技术需要开发。这不是微不足道的,因为很多应用程序的属性,使钻石有吸引力(如硬度、化学惰性等)也很难涂料和过程。 尽管钻石不可能成为21世纪的半导体材料,它将发挥重要的作用在电子和微波行业设备性能的改善将使我们所有人受益。 |