王麗軍，段新超，張 雷，王隆洋，王小平

（上海理工大學(xué)理學(xué)院，上海 200093）

[摘要] 簡(jiǎn)要介紹了金剛石薄膜的發(fā)展，總結(jié)了金剛石薄膜的幾種主要制備工藝并對(duì)各種工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

       結(jié)合對(duì)金剛石應(yīng)用的討論，闡述了金剛石薄膜在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞] 金剛石薄膜 化學(xué)氣相沉積 制備與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O484,TD874+1,TB43

  Development, Synthesis and Application of Diamond Thin Films
WANG Lijun , DUAN Xinchao，ZHANG Lei，WANG Longyang, WANG Xiaoping
(College of Science, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)

Abstract The development of diamond thin films is introduced briefly in this paper. Several synthesis methods of diamond thin films are summarized. The merits and disadvantages of these methods are also particularly analyzed. The applied prospects and developmental trends of diamond thin films are expounded, combining the discussion of application in the industrial field.

Keywords diamond thin films, chemical vapor deposition (CVD), synthesis and application

       金剛石又名鉆石，除了其絢麗的色彩受到人們的珍視外，其所具有獨(dú)特的、無(wú)與倫比的優(yōu)異物理和化學(xué)性能（如機(jī)械特性、熱學(xué)特性、光學(xué)特性、縱波聲速、半導(dǎo)體特性及化學(xué)惰性等）也備受人們的關(guān)注。這些性質(zhì)在自然界所有的材料中均是首屈一指的，比如：金剛石的硬度是自然界中最高的；熱傳導(dǎo)率也為已知材料中最高的（室溫下為硅的15倍、銅的5 倍）；高絕緣性和從紅外到紫外的極寬透光性等。但是由于天然金剛石在自然界中的含量極少，而且價(jià)格昂貴，不可能把大量的金剛石用于工業(yè)用途上，因而人們的研究興趣很快轉(zhuǎn)移到人工合成金剛石上來(lái)。

       早在18 世紀(jì)末人們就通過(guò)使金剛石燃燒的辦法知道了金剛石是由碳組成，即金剛石是石墨的同素異形體，因此人們就開(kāi)始試圖通過(guò)石墨來(lái)合成金剛石。隨后，美國(guó)和俄羅斯科學(xué)家在近代熱力學(xué)的指導(dǎo)下制造金剛石。在1955 年，Berman 和Simon 發(fā)表了金剛石和石墨處于平衡態(tài)時(shí)的高溫和高壓線，指出在金剛石和石墨的平衡線上方金剛石是穩(wěn)定的，在平衡線下方石墨是穩(wěn)定的；金剛石和石墨的表面自由能之差為2090J/mol，暗示了在高溫高壓平衡線附近，在催化劑的作用下，過(guò)飽和的碳可能凝結(jié)為亞穩(wěn)態(tài)的金剛石。同年，美國(guó)的General Electric 公司成功地合成了金剛石。他們把碳溶解在金屬（過(guò)渡金屬，如鎳、鐵、錳等）催化劑的溶液里，在2000℃、5.5GPa 條件下，通過(guò)使過(guò)飽和碳結(jié)晶而形成金剛石。但是由于高溫高壓合成的金剛石呈粉末狀，生成顆粒較小且成本高，使得人工合成金剛石在實(shí)際中的應(yīng)用受到很大的限制。

       20 世紀(jì)60 年代，人們認(rèn)識(shí)到在碳?xì)浠衔餆峤膺^(guò)程產(chǎn)生的原子氫能夠促進(jìn)金剛石的形成，70 年代中期，蘇聯(lián)科學(xué)家觀察到原子氫能促進(jìn)金剛石的形成和阻止石墨的共生。直到1982 年，日本科學(xué)家Matsumoto 和Sato 等使用熱絲化學(xué)氣相沉積（HFCVD）法在0.001～0.010MPa 的低壓下用CH4和H2 的混合氣體首次成功地合成了金剛石薄膜，并且利用CVD 技術(shù)合成的金剛石薄膜物理性質(zhì)和天然金剛石基本相同或相近，它們的化學(xué)性質(zhì)則完全相同，這使得金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。這一技術(shù)的成功讓人們?cè)俅慰吹綇V泛應(yīng)用金剛石的曙光，從而掀起了一個(gè)研究金剛石薄膜的熱潮。

1 金剛石薄膜制備方法及其原理

       金剛石的合成方法從50 年代的高溫高壓（HTHP）到80年代初日本科學(xué)家首次使用的CVD，再到今天的多種合成方法，在這將近半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里金剛石薄膜的制備工藝有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前較成熟且有發(fā)展前途的方法有：熱絲CVD法（HFCVD）、燃燒火焰沉積法（Flame deposition）、直流電弧等離子噴射CVD 法（DAPCVD）、微波等離子體CVD 法（WMPCVD）、激光輔助CVD 法（LACVD）。下面介紹常見(jiàn)的幾種制備方法及其制備原理：

       （1）熱絲CVD 法（HFCVD）[1,2]。此方法是熱分解法合成金剛石薄膜的發(fā)展，最早是在1982 年由日本科學(xué)家Matsumoto 和Sato 等提出的。該方法雖提出較早，但目前使用仍非常普遍，并且已經(jīng)發(fā)展成沉積金剛石薄膜較為成熟的方法之一。這種方法的基本原理是靠在襯底上方設(shè)置金屬熱絲（如鎢、鉭絲等）高溫（2000～2200℃）加熱分解含碳的氣體，形成活性粒子在原子氫的作用下在襯底（保持在700～1000℃）上沉積而形成金剛石。此方法簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)就是沉積速率較慢（V<10mm/h，不均勻，工藝穩(wěn)定性差，易污染。最近還提出兩種改良的HFCVD 模型：反應(yīng)氣體分送的HFCVD 法[3]（碳源氣體和氫氣由熱絲的下方和上方分別送入）和電子助進(jìn)的HFCVD 法[4]（給襯底加一大約150V 的偏壓）。改良后的HFCVD 法獲得了比一般HFCVD 法具有更高的沉積速率，而且金剛石薄膜的質(zhì)量也得到了顯著的提高。
       （2）燃燒火焰沉積法（Flame Deposition）[2,5,6]。此方法最早是在1988 年由日本學(xué)者Hirose 等提出，隨后在Naval研究室得到證實(shí)，成為金剛石薄膜制備的一種很好的方法。該方法所使用的碳源氣體為乙炔，助燃?xì)怏w為氧氣。將兩種氣體在乙炔槍中混合，在大氣中燃燒，燃燒火焰分為三個(gè)區(qū)：內(nèi)焰、外焰和還原焰，將襯底放置在火焰的還原焰區(qū)域生成金剛石。該方法中氧氣和乙炔的比例R 是影響金剛石薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素，只有在R＝0.7～1.0 區(qū)域才能生長(zhǎng)成金剛石，其他區(qū)域都不利于金剛石的生長(zhǎng)，而且研究表明當(dāng)R＝0.97～1.0 時(shí)，可生長(zhǎng)出透明的光學(xué)級(jí)金剛石薄膜[7]。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，能在大氣中合成金剛石，生長(zhǎng)速度快（60～150m/h），有利于大面積和復(fù)雜形狀樣品表面上金剛石的沉積。其缺點(diǎn)是：沉積的金剛石薄膜具有不均勻的微觀結(jié)構(gòu)，薄膜常含非金剛石碳等不純物，由于火焰的熱梯度，易使襯底發(fā)生彎曲變形，并在薄膜中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。
       （3） 直流電弧等離子噴射CVD 法（DAPCVD）[8,9]。
該方法是一種放電區(qū)內(nèi)隱的直流電弧等離子體CVD 法，最早是在1988 年由Kurihara[10]等報(bào)道的，與其他方法相比具有極快的沉積速度，在1990 年時(shí)Ohtaka 就利用陰陽(yáng)極呈直角的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了930mm/h 的高速生長(zhǎng)，曾一度成為熱點(diǎn)方法，許多國(guó)家投入了大量的資金開(kāi)展這種裝備的研制，我國(guó)對(duì)高功率直流電弧等離子噴射CVD 金剛石薄膜制備也進(jìn)行了研究，并在近幾年相繼研制成功了70kW 和100kW 級(jí)直流電弧等離子噴射CVD 金剛石薄膜大面積沉積裝置。該方法的制備工藝如下：在桿狀陰極和環(huán)形陽(yáng)極之間施加直流電壓，當(dāng)氣體通過(guò)時(shí)引發(fā)電弧，加熱氣體，高溫膨脹的氣體從陽(yáng)極嘴高速噴出，形成等離子體射流，引弧的氣體通常是氬氣，等形成等離子體射流后，通入反應(yīng)氣體甲烷和氫氣，甲烷和氫氣被離化，并達(dá)到水冷沉積臺(tái)的襯底，在襯底上成核、生長(zhǎng)金剛石。這種技術(shù)具有生長(zhǎng)速度快，沉積的金剛石薄膜質(zhì)量好，適用于復(fù)雜表面，氣體利用率高，無(wú)電磁污染等優(yōu)點(diǎn)。但是由于噴射等離子體的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)不均勻，使其沉積范圍內(nèi)膜厚不均，呈梯形分布；沉積面積不大；反應(yīng)時(shí)襯底溫度高；沉積速度過(guò)快時(shí)膜的表面不平整，降低了膜的致密度。
       （4） 微波等離子體CVD 法（MWPCVD）[2,11]。1989年，Mitsuda 等首先報(bào)道了用WMPCVD 法沉積金剛石薄膜。他們所使用的設(shè)備是：微波功率2～5kW，微波由矩形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換到一種軸向天線耦合器，在大氣壓下形成等離子體；高壓等離子體由耦合器的“針孔”處噴射到水冷的樣品臺(tái)上繼而形成金剛石薄膜，主要?dú)庠词菤鍤猓磻?yīng)氣體為甲烷和氫氣。在1994 年，美國(guó)Argonne 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，Gruen[12]博士通過(guò)這種方法采用C60 也合成了這類薄膜材料?，F(xiàn)如今，WMPCVD 經(jīng)過(guò)改進(jìn)已形成了多種形式：按真空室的形式來(lái)分，有石英管式、石英鐘罩式和帶有微波窗的金屬腔體式等；按微波與等離子體的耦合方式來(lái)分，有表面波耦合式、直接耦合式和天線耦合式等。目前最常使用、最簡(jiǎn)單也是最早出現(xiàn)的裝置是表面波耦合式石英管式裝置。

       WMPCVD 不僅可以沉積出高純度的金剛石薄膜，沉積速率也可以通過(guò)增大微波功率來(lái)提高。用5kW 微波功率的WMPCVD，可以以10mm/h 的速率沉積工具級(jí)金剛石薄膜，8m/h 的速率沉積熱沉級(jí)金剛石薄膜，3m/h 的速率沉積光學(xué)級(jí)金剛石薄膜。于1999 年，美國(guó)ASTEX 公司成功研制出75kW、915MHz 頻率的WMPCVD 裝置，大大提高了金剛石薄膜的沉積速率，降低了生產(chǎn)成本，所沉積出的金剛石粒徑也從50mm 上升到250mm。在我國(guó)，WMPCVD 裝置的研制與發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本相比雖有一定的距離，但這種差距正在逐步縮小。在1993 年和1997 年我國(guó)相繼研制成功了800kW 的天線耦合石英鐘罩式和5kW 不銹鋼腔體天線耦合式WMPCVD 裝置[13,14]。

       WMPCVD 法的特點(diǎn)是：無(wú)內(nèi)部電極，可避免電極放電污染和電極腐蝕；運(yùn)行氣壓范圍寬；等離子體密度高，可產(chǎn)生大體積均勻等離子體；可在曲面或復(fù)雜表面上沉積金剛石薄膜等。但是此方法也有不足之處，就是沉積速率偏低。盡管如此，此方法仍是目前用于沉積金剛石薄膜最為廣泛的方法。

       （5） 激光輔助CVD 法（LACVD）[2,15]。此方法1986年由日本學(xué)者Kitahama[16]等人首先提出，利用激光作為熱源，通過(guò)激光束來(lái)促進(jìn)碳源氣體的分解和激發(fā)，同時(shí)有適當(dāng)高能量的電子作用于襯底表面，襯底表面溫度較高，生長(zhǎng)初期成核密度高。1996 年美國(guó)QQC 公司報(bào)道利用LACVD 法，膜的最快生長(zhǎng)速率可達(dá)3600mm/h。LACVD 金剛石薄膜的生長(zhǎng)是一種很有發(fā)展前景的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：具有高的生長(zhǎng)率；較低的襯底溫度；生成的金剛石膜表面平整并且可以選擇性沉積。但其最大的不足之處就是設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性差、不易于大面積沉積。陸宗儀[17]等人在1997 年提出了一種新型的激光――等離子體輔助化學(xué)氣相沉積裝置，在此裝置中激光和等離子體均處于較易實(shí)現(xiàn)的和較低的能量水平，避免了各自的缺點(diǎn)，大大提高了成膜的質(zhì)量。除以上介紹的幾種方法外，還有水熱法合成金剛石[2]，這種方法是在1957 年由Tuttle 和Roy 提出的，但直到1996年才得到證實(shí)，目前此方法還不成熟，有待于進(jìn)一步的研究；鹵化CVD 法金剛石沉積[2]，該方法是Syitsyn 和Deryagin 在1980 年首次報(bào)道的，通過(guò)熱分解CBr4 和CI4 等鹵化物在金剛石襯底上沉積金剛石薄膜；磁旋共振等離子體CVD 法[18]等。此外，也可以使用多種方法結(jié)合起來(lái)制備金剛石薄膜。其目的也是要快速、大面積沉積高質(zhì)量的金剛石薄膜。金剛石制備方法的不斷進(jìn)步和完善使金剛石薄膜的廣泛應(yīng)用成為可能，而在不同領(lǐng)域?qū)饎偸瘧?yīng)用的不同要求也促進(jìn)了金剛石薄膜制備技術(shù)的不斷發(fā)展。

2 金剛石薄膜的應(yīng)用

       正是由于金剛石的優(yōu)異性質(zhì)，加之近年來(lái)CVD 金剛石的制備取得了令人矚目的進(jìn)展，大大降低了金剛石的生產(chǎn)成本，同時(shí)人工合成的金剛石薄膜品質(zhì)正逐漸趕上甚至在一些方面已超過(guò)天然金剛石，從而使得金剛石薄膜廣泛地應(yīng)用于金剛石薄膜的發(fā)展、制備及應(yīng)用/王麗軍等 ·5·工業(yè)的許多領(lǐng)域。

2.1 工具、涂層領(lǐng)域

       由于金剛石具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕、抗高溫和低摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，可制備高性能工具和高強(qiáng)度耐磨材料。例如將金剛石薄膜鍍?cè)?a href='/news/search/key/%25E5%2588%2580%25E5%2585%25B7.html' target='_blank'>刀具[19]或鉆頭[20]上不但可提高工具壽命十倍到幾十倍而且工作效率也有顯著的提高。金剛石涂層工具可分為兩種：一種是金剛石厚膜工具，它通過(guò)焊接而避免了結(jié)合力的困擾，目前生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，并逐步商業(yè)化；另一種是金剛石薄膜涂層工具，但由于結(jié)合力的問(wèn)題沒(méi)有很好的解決，遲遲沒(méi)能推向市場(chǎng)。近年來(lái)學(xué)者們針對(duì)結(jié)合力問(wèn)題作了大量的研究并已取得了顯著的成績(jī)[21]。另外，金剛石膜還可用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上[22]，可大大提高缸套的使用壽命。由于金剛石的無(wú)毒性和與細(xì)胞、血液的相容性，在醫(yī)學(xué)上使用有金剛石涂層的鈦合金人工骨代替不銹鋼人工骨[23]，其重量輕，壽命長(zhǎng)，與人體肌膚親和力好。此外，金剛石膜還可用在錄放音磁頭和磁盤(pán)[24]上作為保護(hù)層，其壽命可延長(zhǎng)3～5倍。

2.2 光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域

       金剛石具有從紫外到紅外良好的光學(xué)透過(guò)，高硬度和高熱導(dǎo)，強(qiáng)的抗輻射損傷，極好的耐熱沖擊性能以及在高速雨滴碰撞下的穩(wěn)定性，因此，金剛石是最好的紅外保護(hù)材料。到目前為止，紅外光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域主要是在軍事上[25]：超音速新型攔截導(dǎo)彈的頭罩；機(jī)（車、船）載紅外熱成像裝置或其他光學(xué)裝置的窗口或窗口保護(hù)層；在戰(zhàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下工作的紅外光學(xué)裝置的窗口或窗口保護(hù)層。在民用方面主要用在惡劣工作環(huán)境條件下工作的紅外光學(xué)裝置的窗口或窗口保護(hù)層。對(duì)高功率激光窗口[26]來(lái)講，普遍存在的問(wèn)題就是窗口材料熱透鏡效應(yīng)，由于金剛石膜具有極佳的導(dǎo)熱性能，因此在高功率下使用時(shí)窗口的溫度比其他材料窗口小的多，所以熱透鏡效應(yīng)幾乎可以忽略不計(jì)。另外，金剛石薄膜又是很好的光學(xué)增透膜[27]，在2.5～12mm 波段有顯著增透效果，這樣可以使太陽(yáng)能電池的效率提高60％，若在相機(jī)中采用金剛石膜作為增透膜一舉兩得，既增透又起保護(hù)作用，鏡頭就不再怕擦拭了。由于金剛石薄膜在光譜藍(lán)區(qū)有一被人們稱之為“A帶”的發(fā)光帶，加之金剛石薄膜有良好的摻雜性、寬的帶隙，被認(rèn)為是理想的制備藍(lán)色波段電致發(fā)光器件的材料，研究者們對(duì)此也做了大量的工作，并取得了顯著的成績(jī)[28—30]。

2.3 熱沉領(lǐng)域

       目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體功率器件采用銅做熱沉，在同時(shí)要求絕緣的場(chǎng)合采用氧化鈹陶瓷。但氧化鈹在制備過(guò)程中有劇毒物質(zhì)產(chǎn)生，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)禁用。由于金剛石具有高的熱導(dǎo)率（為銅的5 倍）、高絕緣電阻和極低熱膨脹系數(shù)等特性，因而是大功率激光器件、微波器件、大功率集成電路等高功率密度電路元件的散熱材料，從而提高這些器件的功率壽命。顧長(zhǎng)志[31]等人比較了使用金剛石薄膜熱沉和銅熱沉的半導(dǎo)體激光二極管陣列在熱阻和光輸出功率方面的特性，結(jié)果表明厚度大于150mm，熱導(dǎo)率大于6W/(K·cm)的金剛石薄膜作為熱沉已表現(xiàn)出明顯降低激光器熱阻的效果。與使用銅熱沉的器件相比，使用金剛石薄膜的二極管列陣可使其熱阻降低45～50％。金剛石薄膜熱沉在大功率半導(dǎo)體激光器的散熱方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。謝擴(kuò)軍[32]等人研究了金剛石薄膜作為螺旋線支撐材料在微波管中的應(yīng)用，試驗(yàn)證明金剛石薄膜組件導(dǎo)熱性能與同結(jié)構(gòu)的氧化鈹組件相比提高了3 倍以上，螺旋線微波管的平均功率或連續(xù)波功率受螺旋線散熱能力的限制得到了顯著改善。張志明[33]等人研究了金剛石薄膜作為導(dǎo)熱絕緣層在功率集成電路中的應(yīng)用。作為導(dǎo)熱絕緣層既要求導(dǎo)熱率高又要求絕緣性好，而金剛石薄膜符合這兩項(xiàng)要求，作者用金剛石薄膜代替一直沿用的氧化鈹導(dǎo)熱絕緣層進(jìn)行了試驗(yàn)，表明金剛石薄膜熱沉的電路參數(shù)達(dá)到了氧化鈹陶瓷的性能，完全能夠替代并應(yīng)用于生產(chǎn)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在大面積高熱導(dǎo)率級(jí)別金剛石自支撐膜的制備方面取得了較大進(jìn)展，已有能力制備8w／cm·K-19W／cm·k 的各種熱導(dǎo)率級(jí)別的金剛石熱沉片。當(dāng)然金剛石薄膜熱沉的應(yīng)用還需要經(jīng)過(guò)改善工藝、降低成本、擴(kuò)大批量規(guī)模這樣一個(gè)過(guò)程。

2.4 聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域

       金剛石薄膜具有很好的音頻特性，其縱波聲速是自然界所有材料中最大的（20000m/s）[34]，用其制作高頻聲表面波（SAW）器件的技術(shù)要求大大降低。金剛石薄膜在SAW 器件中的應(yīng)用研究[35]表明：金剛石薄膜SAW 器件不但使制備技術(shù)要求大大降低，而且還解決了高頻器件的一些技術(shù)難度。另外，金剛石薄膜具有高的彈性模量，有利于聲學(xué)波的高保真?zhèn)鬏?，是制作揚(yáng)聲器高頻振膜最理想的材料。袁鎮(zhèn)海[36]和謝致薇[37]等人系統(tǒng)地研究了金剛石薄膜在揚(yáng)聲器振膜中的使用情況，表明在鍍有金剛石薄膜后的鈦復(fù)合振膜的頻響上限從純鈦振膜的20kHz 提高到30kHz，最高可達(dá)33 kHz，并且提高了保真主觀聽(tīng)感，使高音揚(yáng)聲器電聲性能有顯著的提高，使高音更加清脆亮麗。

2.5 電子學(xué)領(lǐng)域

       金剛石半導(dǎo)體材料具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場(chǎng)、低的介電常數(shù)以及很高的載流子遷移率。目前已經(jīng)研制成功的金剛石薄膜半導(dǎo)體器件有肖特基二極管和場(chǎng)效應(yīng)管等。另外，在作為冷陰極和電子發(fā)射裝置方面的應(yīng)用也具有很大的潛力，由于金剛石具有負(fù)電子親和勢(shì)，在低電場(chǎng)下具有比其他場(chǎng)發(fā)射材料更低的功函數(shù)與閾值電場(chǎng)[38-41]，是一種非常理想的電子場(chǎng)發(fā)射材料，特別適合在平板顯示器等真空微電子器件中應(yīng)用。金剛石肖特基二極管[42]可以在高溫下仍表現(xiàn)出良好的整流接觸特性。雖然目前已通過(guò)CVD 方法成功研制出許多場(chǎng)效應(yīng)管[43]，可在高溫、高壓下工作，而且很多性能優(yōu)于硅器件，但由于工藝限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)低于其理論值。

2.6 探測(cè)器和傳感器領(lǐng)域

       金剛石的禁帶寬度大、抗輻射性強(qiáng)、具有良好的穩(wěn)定性以及高擊穿電場(chǎng)等性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前普遍應(yīng)用的半導(dǎo)體硅。從脈沖輻射的角度看，用其制成的輻射探測(cè)器具有漏電流小、靈敏度易于標(biāo)定、時(shí)間響應(yīng)快、可用于亞納秒測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，并且性能十分穩(wěn)定，靈敏區(qū)厚度不像其他材料探測(cè)器那樣隨時(shí)間的變化而變化，因而是一種理想的探測(cè)器[44-45]。金剛石輻射探測(cè)領(lǐng)域包括紫外光[46]、X 射線[47]、α 粒子等[47]。

       在20 世紀(jì)90 年代，Aslam[48]等人發(fā)現(xiàn)了摻硼的金剛石薄膜具有顯著的縱向壓敏電阻效應(yīng)，并具有高的彈性模量，是制造高溫、惡劣條件工作的壓力傳感器的最佳材料，隨后許多國(guó)家對(duì)此作了大量的研究，并且美、德、日等國(guó)的金剛石薄膜壓力傳感器已經(jīng)試驗(yàn)成功。金剛石薄膜除了具有壓阻效應(yīng)外，還具有熱敏電阻效應(yīng)[49]，適應(yīng)溫度范圍廣，響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，因此金剛石薄膜可制成溫度傳感器。目前已試驗(yàn)成功的金剛石傳感器件有壓力傳感器、溫度傳感器，還有微加速度傳感器等。

       雖然金剛石薄膜在應(yīng)用研究方面取得了很大的進(jìn)展。但就目前來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)金剛石薄膜的產(chǎn)業(yè)化仍存在著不少困難和技術(shù)障礙，需要我們?nèi)プ龈钊氲难芯?，希望金剛石薄膜在不久的將?lái)能大規(guī)模地進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。

3 金剛石薄膜的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景

       近年來(lái)，合成金剛石薄膜已成為世界科技先進(jìn)國(guó)家研究開(kāi)發(fā)的最熱門(mén)的新材料之一。隨著半導(dǎo)體領(lǐng)域的需求量越來(lái)越大，并且對(duì)其品質(zhì)要求日益增加，加之金剛石具有其他半導(dǎo)體材料無(wú)法比擬的優(yōu)異性能的優(yōu)勢(shì)，因此，金剛石薄膜將會(huì)成為下一代電子元器件重要的新型材料。自化學(xué)氣相沉積金剛石薄膜技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，金剛石薄膜的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究已取得了巨大的成就。目前，金剛石主要是應(yīng)用于精密機(jī)械加工領(lǐng)域，據(jù)報(bào)道每年有6.4 億美元的銷售額。并且應(yīng)用領(lǐng)域正在進(jìn)一步的擴(kuò)大，在微電子、熱沉、光學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁嗟膽?yīng)用。盡管金剛石薄膜的制造工藝還不夠十分完備，其面世也不過(guò)十幾年，但據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在21 世紀(jì)初，金剛石薄膜的制造工藝將會(huì)相當(dāng)成熟，它將給人類尤其是電子領(lǐng)域帶來(lái)極大的技術(shù)變革。我國(guó)對(duì)金剛石薄膜的研究雖起步較晚，應(yīng)用方面與國(guó)外相比有一定的差距，這在一定程度上制約了我國(guó)電子計(jì)算機(jī)、航空航天、金屬加工和軍事等工業(yè)的進(jìn)步，尤其使集成電路和導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展受到了限制。十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始重視金剛石薄膜的研制和開(kāi)發(fā)工作，目前已有多家單位正在開(kāi)展金剛石薄膜方面的基礎(chǔ)研究工作，國(guó)家已把金剛石的研究工作列入了“863”、 “973”重大科研課題，并取得了可喜的成果。在金剛石研究的各個(gè)方面，如：除熱沉方面有較大進(jìn)展外，金剛石薄膜在電致發(fā)光器件、電子功能器件、場(chǎng)電子發(fā)射、涂層刀具等方面都有了一定的進(jìn)展。這些工作必將推動(dòng)金剛石薄膜在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為我國(guó)的科技進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。
總之，金剛石薄膜作為一種特殊功能材料，目前國(guó)內(nèi)外的科技界都在不斷地開(kāi)拓和發(fā)展其新的應(yīng)用領(lǐng)域，其發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｅc過(guò)去幾年相比，現(xiàn)在的技術(shù)更加接近了市場(chǎng)應(yīng)用，盡管仍有一定風(fēng)險(xiǎn)，但已到了可以預(yù)測(cè)和承受的程度。

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