近日，元素六科技部主管Adrian Wilson接受了英國媒體AzoM的獨家采訪，詳細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。

Adrian Wilson：元素六公司成立于上個世紀60年代，是戴比爾斯（De Beers）集團的一員，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)價值5億，在全球10個國家擁有生產(chǎn)設備，為5千多個客戶商家服務。

        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、半導體、衛(wèi)生處理、水處理和傳感器等應用中得到了廣泛的應用。

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，金剛石熱傳導率很高，可用在電子器件的散熱設備中。

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

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，這使它在機械、研磨應用中有著無可匹敵的優(yōu)勢，同時還擁有以下特性：

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

        金剛石的高熱導率可以應用于電子、半導體制造；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)的光學鏡片。

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

        人造金剛石最新的應用還擴展到了量子領(lǐng)域：量子安全通信、量子計算、磁/電場感應等。

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多個標準大氣壓強和高溫的生長條件。而利用CVD法制備金剛石，則需要相應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。同時還能根據(jù)不同的應用需求靈活調(diào)整金剛石的制備成分。

GT：在散熱設備方面，能否更詳細的介紹一下金剛石的具體功能和作用？

AW：大多數(shù)熱導率高的材料都具有良好的導電性能。但是，人造金剛石雖有很高的熱導率，其導電性卻小得足以忽略不計。這一特性對于電子設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，同時還不影響其工作性能。

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

GT：對于上述設備，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，從而應用在眾多設備中，當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體技術(shù)，能否給與詳細的介紹，這一技術(shù)又是如何應用到具體的工業(yè)領(lǐng)域中的？

AW：氮化鎵金剛石半導體晶片是公司同類產(chǎn)品中首個商業(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熱材料之一。實際上，氮化鎵聚晶CVD金剛石的導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)省了整個系統(tǒng)成本，同時還極大地增強了射頻器件的功率。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)得以實現(xiàn)，用來降低設備的工作溫度同時保持輸出功率不變。

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成功實現(xiàn)了兩塊金剛石原子狀缺陷間的量子纏結(jié)。

        這一技術(shù)突破對于實現(xiàn)金剛石量子網(wǎng)絡、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)絡和計算機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，代爾夫特科研團隊使兩個NV缺陷發(fā)射出兩個難以區(qū)分的光子，這些光子包含了NV缺陷的相關(guān)量子信息，再做進一步的處理就實現(xiàn)了兩個缺陷的量子力學纏結(jié)。

        這一發(fā)現(xiàn)是對我們在萬億份之一的科技水準下控制金剛石晶體中單個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)出一個處理信息的量子網(wǎng)絡，在將來還會實現(xiàn)量子計算機的研發(fā)。

GT：在未來對元素六業(yè)務發(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能力來生產(chǎn)高度可逆的電化學傳感器。

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

        高端音頻設備中圓頂型金剛石高頻擴音器部件的研發(fā)。

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

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，元素六將提供應用支持，包括最基本的技術(shù)建議，現(xiàn)場技術(shù)指導等。

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方面特別是射頻設備和功率器件的應用中會發(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、傳感器和水處理方面的應用，因為金剛石能夠為我們的客戶提供無與倫比的商業(yè)價值。

        在金剛石研磨用途上，隨著更多新型復合材料的加工，客戶在外表美觀設計方面的要求會更高，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。（編譯自“Synthetic Diamonds And Electronic Applications – An Interview With Adrian Wilson”）