鉆石通常作為華麗的珠寶陳列而示。但是這種固體碳也以其優(yōu)異的物理和電子性能而聞名。在日本，由Kyo Yoshida領(lǐng)導(dǎo)的金澤大學(xué)自然科學(xué)與技術(shù)研究生院和筑波的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的研究人員利用水蒸汽退火形成了原子級平坦的羥基封端金剛石表面。

        金剛石擁有許多出色的特性，使其在電子設(shè)備上具有很好的應(yīng)用前景。然而，金剛石中含有的缺陷在原子層面上是可以觀察到的，這些缺陷產(chǎn)生了獨(dú)特的表面特性，影響了金剛石在此類器件中的應(yīng)用。使用氧氣或氫氣的表面終止穩(wěn)定了金剛石結(jié)構(gòu)。氫端金剛石表面包含二維空穴氣體層（2DHG），可實(shí)現(xiàn)高溫和高壓操作。氧端的金剛石表面是通過氫端表面的表面氧化形成的，它可以去除碳?xì)洌–H）鍵和2DHG，“但這會使金剛石表面變得粗糙并導(dǎo)致器件性能下降，”日本金澤大學(xué)Norio Tokuda說到。

        為了解決這個問題，研究人員采用了水蒸氣退火的方法。他們從高壓高溫合成的(111)晶向單晶金剛石Ib和IIa基片著手。通過微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）在Ib基板上制備同質(zhì)外延金剛石膜。為了獲得原子級平坦的氫端表面，將金剛石樣品暴露于MPCVD腔體中的氫等離子體。為了形成羥基封端的表面，對氫端的金剛石樣品進(jìn)行水蒸氣退火處理。

        結(jié)果表明，在400℃以下的水蒸氣退火過程中，碳?xì)滏I仍保留在金剛石表面; 因此，檢測到了二維空穴氣體層?！叭欢?00°C以上的水蒸汽退火去除了金剛石表面的碳?xì)滏I，”Yoshida解釋說，“這表明二維空穴氣體層(2DHG)已經(jīng)消失?！?因此，水蒸氣退火可以去除2DHG，同時保持(111)取向的金剛石表面的表面形態(tài)。 “與去除2DHG的常規(guī)技術(shù)相比，例如濕法化學(xué)氧化，”Tokuda說，“水蒸汽退火擁有保持原子級平坦表面的優(yōu)勢?！?/p>

        金剛石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨(dú)一無二的特性，但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在，其性質(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應(yīng)用。而洛陽譽(yù)芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學(xué)性能集一身，且成本較天然金剛石低，能夠制備各種幾何形狀，在電子、光學(xué)、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。