CVD成為工業制造應用更優選

金剛石俗稱鉆石，是自然界中最堅硬的物質，同時具有高化學惰性、高導熱率、低摩擦系數、超寬帶隙、高光學透過率等優異性能，在高端先進制造多個領域發揮重要作用。然而，天然金剛石不可再生，且開采成本高、儲量小、顆粒體積小且雜質不可控，無法廣泛應用于工業生產中。因此，與天然金剛石具有完全相同物理化學性質的合成金剛石，特別是化學氣相沉積法（CVD）金剛石，成為工業制造應用中的更優選擇。

微波等離子體化學氣相沉積法（MPCVD）無極放電、無污染、外延可控性強，在大尺寸、高純度金剛石制備與摻雜研究方面優勢更明顯，是高質量和多領域應用金剛石制備的首選方法，產品廣泛應用于聲學、光學、熱學、力學、電學、量子技術等領域。

在半導體制造產業鏈中，化學機械拋光（CMP）和晶圓平坦化是當中重要的加工工序/工藝，而CMP金剛石修整盤和拋光墊則是保證CMP拋光工序質量的關鍵。CMP拋光工序中所使用到的拋光墊的表面，必須定期用修整盤進行修整，以防止拋光墊表面釉化，從而保持拋光墊在晶圓被拋光時的粗糙度，保證對晶圓的拋光效果，并延長拋光墊的使用壽命；拋光質量、拋光效率以及相關成本，是該工序的核心要素。晶鉆科技研發生產的大單晶雕刻金剛石CMP修整盤，一致性強，角度可控，脫粒率幾乎為零，而且具有重復修復性，是1-3nm高端高精密芯片晶圓拋光工藝領域高溫高壓及多晶金剛石CMP修整盤非常理想的替代品。

聲學應用

金剛石具有低密度、高彈性模量、高強度、高熱導率、化學惰性和生物相容性等優異特性，在聲學領域主要應用于高保真喇叭、聲表面波器件、聲傳感器等。

例如，高保真音響需要反映出逼真的音響效果，泛音的頻率越豐富，音色也就越逼真。一般人類聽覺的頻率范圍為16～20kHz，金剛石高音喇叭的頻率響應已經達到了60 kHz，遠遠超出了人耳的聽覺范圍。但是作為聲音重放設備，其頻率響應范圍應當大于實際聽覺范圍，用于高頻揚聲器的金剛石喇叭振膜對音色的完整性起到了非常重要的作用。

光學應用

金剛石在目前所有的固體材料中具有最寬的透過光譜，從紫外的225nm到紅外的25μm（波長1.8μm-2.5μm除外），以及到微波范圍內，金剛石都具有優良的透過性。由于金剛石此種優異的光學特性，同時抗輻照損傷性強，加上其高硬度、高熱導率、高化學穩定性和低膨脹系數，金剛石是制作現代紅外光學窗口的理想材料。

此外，金剛石是一種性能優異的晶體拉曼材料，其具有已知晶體材料中最大的拉曼頻移1332.3cm-1，其室溫下拉曼增益線寬約為1.5cm-1。超快的熱耗散能力，使金剛石晶體在高功率運行下保持高拉曼增益不變，并獲得高光束質量激光輸出。

熱學應用

金剛石被認為是一種能夠滿足飛速發展的電子工業的理想熱管理材料（包括熱沉材料、封裝材料、基體材料等）。金剛石具有天然物質中最高的熱導率（2300W/(m·K)），比碳化硅大4倍，比硅大13倍，比砷化鎵大43倍，是銅和銀的4-5倍。典型的熱管理應用場景包括：金剛石增強金屬封裝材料（Diamond/Cu、Diamond/Al）、熱沉片、金剛石襯底GaN器件等。例如，金剛石基熱沉應用于激光器的散熱系統，可以實現高效的熱量傳輸和散熱，降低激光器的工作溫度，提高激光器的穩定性和壽命。晶鉆科技目前可生產2.5英寸直徑同質外延單晶金剛石熱管理材料。

力學應用

精密或超精密車刀是CVD單晶金剛石作為切削材料的一種成功應用。單晶金剛石內部無晶界，可加工獲得極高的平直度和鋒利度；通過刀具的超光潔表面和無缺陷副切削刃的作用，獲得極低的表面粗糙度從而達到鏡面加工效果，廣泛應用于加工原子核反應堆及精密光學儀器的反射鏡、計算機硬盤等超精密鏡面零件，也可以用于加工復印機滾筒、隱形眼鏡等日常辦公或生活用品。此外，CVD單晶金剛石制成的手術刀具因其生物相容性等特點，手術部位損傷小，傷口容易愈合，用于眼科、神經外科、骨科及口腔科以及生物組織切片等。晶鉆科技生產的金剛石刀具，可實現輪廓精度小于50nm、表面粗糙度1-2nm的超高精度，可以達到鏡面加工效果，實現以車代磨、以車代刨。

除精密刀具外，CVD單晶金剛石還可用于制作拉絲模，克服了天然金剛石拉絲模的各向異性，同時具有優良的強度和硬度，拉拔產量最高，拉拔線材的表面粗糙度較低，是小直徑絲材拉拔加工的理想選擇。

在半導體制造產業鏈中，化學機械拋光（CMP）和晶圓平坦化是當中重要的加工工序/工藝，而CMP金剛石修整盤和拋光墊則是保證CMP拋光工序質量的關鍵。CMP拋光工序中所使用到的拋光墊的表面，必須定期用修整盤進行修整，以防止拋光墊表面釉化，從而保持拋光墊在晶圓被拋光時的粗糙度，保證對晶圓的拋光效果，并延長拋光墊的使用壽命；拋光質量、拋光效率以及相關成本，是該工序的核心要素。晶鉆科技研發生產的大單晶雕刻金剛石CMP修整盤，一致性強，角度可控，脫粒率幾乎為零，而且具有重復修復性，是1-3nm高端高精密芯片晶圓拋光工藝領域高溫高壓及多晶金剛石CMP修整盤非常理想的替代品。

電學應用

金剛石具有非常優異的電學性質，其禁帶寬度可以達到5.5eV，電阻率在1×1012 Ω·m以上，介電常數可以達到5.5，可以用作條件極端惡劣的輻射環境中的探測器材料。同時，基于耐高壓、大射頻、低成本、低功率損耗和耐高溫等多重優異性能參數，CVD金剛石被認為是制備下一代高功率、高頻率、高效率電子器件最有希望的材料，被業界譽為“終極半導體”材料。對金剛石半導體器件而言，CVD金剛石材料的高可控摻雜是形成功率器件的基礎技術，一直也是研究的熱點和難點，目前全球各國都在加緊推進CVD金剛石在半導體領域的研制工作。

晶鉆科技生產的電子級高純度CVD單晶金剛石、硼摻雜CVD單晶金剛石、量子級超精密摻雜CVD單晶金剛石

量子技術

在20世紀之初，理論和實驗物理學家們致力于理解微觀物理世界，以量子力學譜寫了新的物理學圖景。對于量子計算、模擬、通信和傳感等眾多量子技術，科學家采取了不同的技術方案，比如捕獲離子、超導、量子點、光子和半導體缺陷。

金剛石超寬的禁帶寬度，使位于禁帶中深能級缺陷發光不被吸收而發射出來，形成一系列缺陷誘導的顏色中心，即所謂的“色心”，如氮空位 (NV) 或硅空位 (SiV) 中心，這些色心具有類似“單原子”的分立能級。NV色心在常溫下具有非常強的穩定性，加上金剛石材料在抗噪、抗干擾方面的優異性能，使得金剛石非常適合用于特別精確的量子信息處理、量子通訊和量子計算。

目前，世界上有200 多個學術團體致力于金剛石量子應用的研究，主要的研究方向有：把金剛石作為量子比特來制備量子信息器件（如量子計算機）；使用金剛石中的氮空位缺陷作量子網絡的“量子中繼節點”，應用于量子通信；以及金剛石磁場傳感器技術，用于探測器等。

審核編輯：黃飛