由于其超高硬度，人造金剛石已廣泛應用于先進制造和機械工程。另一方面，作為一種超寬帶隙半導體，金剛石由于其出色的物理性能，最近在電子工業中顯示出巨大的潛力。然而，與硅基電子產品一樣，金剛石的電氣性能應該經過良好的調制，然后才能實際用于電子設備。

       近日，香港城市大學陸洋教授與合作者簡要回顧了生產高質量電子級人造金剛石的最新進展，以及幾種典型策略，從傳統的元素摻雜到新興的“彈性應變工程”（ESE），用于調整微加工金剛石的電氣和功能特性。作者還簡要展示了金剛石的一些器件應用演示，并概述了阻礙金剛石作為功能器件進一步實際應用的一些剩余挑戰，并為未來的功能性金剛石發展提供了一些展望。

       相關成果以“Tuning diamond electronic properties for functional device applications”為題發表在 Functional Diamond 上。

       作為自然界中最堅硬的材料，金剛石已廣泛應用于先進制造和模具行業。最近在制造高質量單晶金剛石方面的進展也帶來了前所未有的機遇，由于其出色的電學性能和性能指標，金剛石作為寬帶隙半導體的功能器件應用。電子級金剛石的需求不斷增長，推動了人造金剛石的研發（R&D），尤其是用于增長晶圓級電子級SCD的最新CVD技術。

       不含摻雜的本征金剛石由于其超寬帶隙而表現出電絕緣行為。因此，在將金剛石應用于電子設備之前，需要對其進行調節。研究人員提出了包括元素摻雜、表面改性、相工程和應變工程在內的一系列策略，并對此進行了綜述。還介紹了金剛石的器件應用。此外，NV中心在金剛石中的特定性質為金剛石在量子信息和量子傳感應用中的應用帶來了光明的未來。

       調節金剛石電性能的策略：元素摻雜、表面工程、相工程、應變工程和缺陷工程

       最后，盡管金剛石作為一種有前途的電子材料具有很大的潛力，但仍有許多挑戰需要解決。對于大尺寸（達到晶圓規模）和高質量金剛石的生長，挑戰包括提高晶體質量（單晶度），降低表面粗糙度和內部缺陷，在不影響尺寸和質量的情況下提高生長速度，以及開發用于應變工程和器件集成的均勻外延生長技術。對于應變工程器件的金剛石平面加工技術的發展，一些困難包括控制晶體取向、精確的幾何形狀以及表面形貌和形貌。而實現高導電率金剛石的高效n型摻雜是金剛石微電子應用的另一個挑戰。隨著該領域的快速發展，這些問題將逐漸得到解決，我們將在不久的將來見證功能性金剛石應用的興起。

       文獻信息

       Anliang Lu, Limin Yang, Chaoqun Dang, Heyi Wang, Yang Zhang, Xiaocui Li, Hongti Zhang & Yang Lu (2022) Tuning diamond electronic properties for functional device applications, Functional Diamond, 2:1, 151-165, DOI: 10.1080/26941112.2022.2151322

來源：Carbontech