近日，由西安交通大學王宏興教授領銜的創業團隊在單晶金剛石襯底技術產業化上取得了重大進展和突破。該團隊采用一種基于微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）技術實現了2英寸異質外延單晶金剛石襯底的量產，這一創新成果標志著我國在超硬材料領域的研究已達到國際領先水平，將為相關產業的發展提供強大的技術支持。

       在半導體制備原理中，襯底是由半導體單晶材料制造而成的晶圓片，不同襯底材料可以生產包括單晶金剛石等在內的半導體芯片。而單晶金剛石被稱為“終極半導體”，與硅同為單質半導體，性能完全超越現有半導體，可以克服“擊穿場強不足”和“自熱效應”瓶頸。在超高電壓、超大電流、超大功率、高效、耐輻照和超高頻工作且無需冷卻的電子器件方面，單晶金剛石具有得天獨厚的優勢。

       作為國內長期從事單晶金剛石寬禁帶半導體材料及器件研究工作的專家，王宏興帶領團隊經過長期科研攻關，成功實現2英寸異質外延單晶金剛石自支撐襯底的批量化（如圖一所示）。通過對成膜均勻性、溫場及流場的有效調控，提高了異質外延單晶金剛石成品率。襯底表面具有臺階流（step-flow）生長模式（如圖二所示），可降低襯底的缺陷密度，提高晶體質量。XRD（004）、（311）搖擺曲線半峰寬分別小于91 arcsec和111 arcsec（如圖三所示）。

圖一.2英寸異質外延單晶金剛石自支撐襯底照片

圖二.異質外延金剛石光學顯微鏡照片（a）放大100倍（b）放大500倍

圖三. XRD測試結果（a）（004）面搖擺曲線；（b）（311）面搖擺曲線；（c）（311）面四重對稱；（d）極圖

       該方法利用微波等離子體激發反應氣體，在較低的溫度和壓力下實現異質外延單晶金剛石的生長。與傳統的制備方法相比，該方法具有更高的生長速率和更低的成本，同時能夠實現大規模生產。進而有效保證國內功率電子器件、導熱、雷達探測等領域對于高質量、大尺寸電子級單晶金剛石的需求，同時滿足院校科研對高質量晶種的需求。

       除了科研方面的應用，這一突破在商業和工業領域也有巨大的潛力。比如還可能應用于以下幾個應用：

       1、高級切割工具：金剛石的高硬度和耐磨性使其成為制造高端切割工具的理想材料。通過使用異質外延單晶金剛石襯底，可以制造出更耐用、更精確的切割工具，從而提高了切割效率并降低了生產成本。

       2、電子和半導體設備：金剛石的熱導率和電絕緣性使其成為電子和半導體設備的理想材料。通過使用異質外延單晶金剛石襯底，可以制造出更高效、更可靠的電子和半導體設備。

       3、光學儀器和激光器：金剛石的高光學透過性和穩定性使其成為制造光學儀器和激光器的理想材料。通過使用異質外延單晶金剛石襯底，可以制造出更精確、更穩定的光學儀器和激光器。

       4、傳感器和探測器：金剛石的高敏感性和穩定性使其成為制造傳感器和探測器的理想材料。通過使用異質外延單晶金剛石襯底，可以制造出更精確、更可靠的傳感器和探測器。

       值得一提的是，此次研究成果的產業化打破了國外技術壟斷，降低了國內相關產業的生產成本，且應用前景十分廣闊。隨著5G、物聯網等新興技術的快速發展，金剛石在電子、光子、量子等領域的應用需求不斷增加。而異質外延單晶金剛石襯底的量產，將為相關產業的發展提供更加穩定、可靠的原材料支持。同時，該成果的推廣應用也將帶動相關產業鏈的發展，促進我國經濟的轉型升級，我們期待著這一技術在未來的更多應用和突破。