近日，元素六科技部主管Adrian Wilson接受了英國媒體AzoM的獨(dú)家采訪，詳細(xì)介紹了人造金剛石的特性及眾多工業(yè)領(lǐng)域中金剛石的應(yīng)用。

主持人 Gary Thomas： 請介紹一下元素六公司的基本情況以及公司的主要業(yè)務(wù)。

Adrian Wilson：元素六公司成立于上個(gè)世紀(jì)60年代，是戴比爾斯（De Beers）集團(tuán)的一員，主要經(jīng)營人造金剛石超硬材料的生產(chǎn)研發(fā)，擁有國內(nèi)國際廣闊的市場。目前，元素六總資產(chǎn)價(jià)值5億，在全球10個(gè)國家擁有生產(chǎn)設(shè)備，為5千多個(gè)客戶商家服務(wù)。

        人造金剛石的優(yōu)越性能使其中間產(chǎn)品和終端產(chǎn)品在光學(xué)、半導(dǎo)體、衛(wèi)生處理、水處理和傳感器等應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。

GT：元素六專注于超硬材料的研發(fā)生產(chǎn)，那么能否詳細(xì)介紹一下“超硬”的概念和相關(guān)產(chǎn)品呢？

AW：像人造金剛石、立方氮化硼、聚晶金剛石、碳化鎢等這些獨(dú)特的工程材料，就叫做超硬材料；它們因其自身優(yōu)越的性能而廣泛的應(yīng)用于眾多工業(yè)領(lǐng)域。
        比如，人造金剛石的分子結(jié)構(gòu)非常特殊，這使得金剛石成了“萬能兒”材料；由四面體結(jié)構(gòu)緊湊排列而成的碳原子又使其堅(jiān)硬無比，擁有比世界上任何物質(zhì)都要高的硬度。

        人造金剛石由于其硬度高，可用來做油氣鉆勘的理想刀具，使用壽命長、耐磨性能高。其次，金剛石熱傳導(dǎo)率很高，可用在電子器件的散熱設(shè)備中。

        此外，金剛石內(nèi)部有微電流通過時(shí)，還可以產(chǎn)生臭氧，用于研發(fā)新型的強(qiáng)力消毒劑和環(huán)保型漂白劑。以上這些僅僅是人造金剛石先進(jìn)應(yīng)用的冰山一角。

GT：金剛石也叫做鉆石，對于鉆石，人們總會將其光鮮的外表與珠寶聯(lián)系到一塊兒。而對于人造金剛石，它又有哪些特殊的性能，在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用？

AW：人造金剛石硬度非常高，這使它在機(jī)械、研磨應(yīng)用中有著無可匹敵的優(yōu)勢，同時(shí)還擁有以下特性：

        最廣泛的光學(xué)投射譜、高熱導(dǎo)率、較寬的電子帶隙、耐熱性能高、電絕緣性能高、生化惰性好。

        金剛石的高熱導(dǎo)率可以應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體制造；耐高功率的人造金剛石可用于激光等離子極紫外光刻系統(tǒng)的光學(xué)鏡片。

        作為電極，金剛石可用于廢水處理和強(qiáng)氧化劑的生產(chǎn)；在電分析化學(xué)應(yīng)用中，人造金剛石傳感材料，像生化傳感器具備穩(wěn)定的電化學(xué)性能，能夠提供較高的靈敏度、反應(yīng)度和可選性。

        人造金剛石最新的應(yīng)用還擴(kuò)展到了量子領(lǐng)域：量子安全通信、量子計(jì)算、磁/電場感應(yīng)等。

GT：人造金剛石和天然金剛石有哪些異同？

AW：首先，兩者的分子結(jié)構(gòu)一樣。兩者的主要區(qū)別在于人造金剛石由人工方法制成：化學(xué)氣相沉積法（CVD）和高溫高壓合成法（HPHT）。

        采用HPHT方法制備金剛石，需要55,000多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)和高溫的生長條件。而利用CVD法制備金剛石，則需要相應(yīng)的襯底材料和氣體混合物；主要以甲烷和氫為碳源，通過電離等方法使其成為化學(xué)活性自由基。

        如今，元素六已經(jīng)成熟地使用CVD法生產(chǎn)金剛石，對金剛石雜質(zhì)和特性有著穩(wěn)定的控制，并在各種襯底材料上大面積的生長金剛石。同時(shí)還能根據(jù)不同的應(yīng)用需求靈活調(diào)整金剛石的制備成分。

GT：在散熱設(shè)備方面，能否更詳細(xì)的介紹一下金剛石的具體功能和作用？

AW：大多數(shù)熱導(dǎo)率高的材料都具有良好的導(dǎo)電性能。但是，人造金剛石雖有很高的熱導(dǎo)率，其導(dǎo)電性卻小得足以忽略不計(jì)。這一特性對于電子設(shè)備的散熱而言無疑是非常理想的。有效的散熱不僅延長了電子器件的使用壽命，同時(shí)還不影響其工作性能。

        在半導(dǎo)體技術(shù)中，人造金剛石散熱設(shè)備能夠有效防止硅材料及其他半導(dǎo)體材料發(fā)熱過度的問題。參照摩爾的定律，電子設(shè)備越小、功率越大，其熱處理能力就越弱。鑒于此，金剛石高效的導(dǎo)熱性能及其散熱應(yīng)用就顯得尤為重要。

GT：對于上述設(shè)備，元素六為什么要選擇CVD法來生產(chǎn)金剛石，這種方法又是如何影響金剛石散熱設(shè)備的最終性能的？

AW：在元素六，我們采用微波CVD專利工藝來生長人造金剛石。CVD法可以使金剛石的生長狀況得以控制，雜質(zhì)成分得以降低到最小化，同時(shí)還能有控制性地賦予金剛石眾多重要的性能。這種方法能夠確保生產(chǎn)出高度一致的、性能可控制的金剛石，從而應(yīng)用在眾多設(shè)備中，當(dāng)然也包括高功率電子產(chǎn)品的散熱元件。

GT：對于元素六的氮化鎵金剛石半導(dǎo)體技術(shù)，能否給與詳細(xì)的介紹，這一技術(shù)又是如何應(yīng)用到具體的工業(yè)領(lǐng)域中的？

AW：氮化鎵金剛石半導(dǎo)體晶片是公司同類產(chǎn)品中首個(gè)商業(yè)化的技術(shù)成果。該技術(shù)主要用于大功率、高溫高頻率的晶體管電路制造。氮化鎵金剛石材料可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的熱排放，降低了封裝器件的工作溫度，解決了電子設(shè)備中由散熱問題引起的將近50%的故障。

        氮化鎵金剛石晶片目前是世界上最理想的導(dǎo)熱材料之一。實(shí)際上，氮化鎵聚晶CVD金剛石的導(dǎo)熱率在室溫下是銅的5倍之多，有效地降低了工作溫度，節(jié)省了整個(gè)系統(tǒng)成本，同時(shí)還極大地增強(qiáng)了射頻器件的功率。在功率放大器和微波/毫米波電路的條件下，氮化鎵金剛石技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，用來降低設(shè)備的工作溫度同時(shí)保持輸出功率不變。

GT：人造金剛石在量子技術(shù)方面又有哪些突破？

AW：不久前，元素六協(xié)同荷蘭的代爾夫特理工大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)了兩塊金剛石原子狀缺陷間的量子纏結(jié)。

        這一技術(shù)突破對于實(shí)現(xiàn)金剛石量子網(wǎng)絡(luò)、量子中繼器和長途信息傳輸有著重要意義，它能夠改變信息處理的方式，為目前信息網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)不能解決的問題提供新的處理系統(tǒng)。

        量子纏結(jié)技術(shù)是利用光和微波以及人造金剛石缺陷來實(shí)現(xiàn)的。也即技術(shù)上常說的金剛石氮空位中心（NV）。

        氮空位缺陷發(fā)出的光束可以使缺陷的量子特性在顯微鏡下讀出。通過在NV缺陷附近形成小晶體并利用電場來調(diào)整光束，代爾夫特科研團(tuán)隊(duì)使兩個(gè)NV缺陷發(fā)射出兩個(gè)難以區(qū)分的光子，這些光子包含了NV缺陷的相關(guān)量子信息，再做進(jìn)一步的處理就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)缺陷的量子力學(xué)纏結(jié)。

        這一發(fā)現(xiàn)是對我們在萬億份之一的科技水準(zhǔn)下控制金剛石晶體中單個(gè)原子狀缺陷的科研能力的一次肯定。這不僅幫助我們研發(fā)出一個(gè)處理信息的量子網(wǎng)絡(luò)，在將來還會實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)。

GT：在未來對元素六業(yè)務(wù)發(fā)展起著重要作用的金剛石技術(shù)還有哪些？

AW：利用金剛石的惰性和摻硼傳導(dǎo)能力來生產(chǎn)高度可逆的電化學(xué)傳感器。

        利用兩極電化學(xué)電池中的摻硼金剛石替代腐蝕性液體，減少有害化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)環(huán)保型電池生產(chǎn)。

        高端音頻設(shè)備中圓頂型金剛石高頻擴(kuò)音器部件的研發(fā)。

        利用帶有氮空位中心的單晶金剛石研發(fā)微型磁力計(jì)并通過磁場的強(qiáng)度和方向進(jìn)行傳感。

GT：在使用人造金剛石的過程中遇到了哪些比較典型的問題，元素六是如何解決的？

AW：對于一些新興的應(yīng)用，我們的客戶往往不太熟悉，不知道如何去使用。對此，元素六將提供應(yīng)用支持，包括最基本的技術(shù)建議，現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)等。

GT：對于人造金剛石在未來工程和電子領(lǐng)域的發(fā)展，你有何暢想？

AW：隨著電子器件對越來越大的功率密度的需求，熱處理問題會隨之劇增；而人造金剛石在熱導(dǎo)方面特別是射頻設(shè)備和功率器件的應(yīng)用中會發(fā)揮愈加重要的作用。

        對于金剛石的非研磨用途，我們十分看好金剛石在光學(xué)、傳感器和水處理方面的應(yīng)用，因?yàn)榻饎偸軌驗(yàn)槲覀兊目蛻籼峁o與倫比的商業(yè)價(jià)值。

        在金剛石研磨用途上，隨著更多新型復(fù)合材料的加工，客戶在外表美觀設(shè)計(jì)方面的要求會更高，金剛石作為一種磨耗率低的材料將一如既往的發(fā)揮其優(yōu)越的研磨性能，為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。（編譯自“Synthetic Diamonds And Electronic Applications – An Interview With Adrian Wilson”）