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金刚石的三大用途是什么金刚石是一种由碳元素构成的矿物，具有非常高的硬度和热导率。
由于其独特的物理特性，金刚石被广泛应用于各个领域。
下面将介绍金刚石的三大主要用途。
一、工业用途：1. 切割和磨削工具：由于金刚石的硬度非常高，因此金刚石常常被用作切割和磨削工具的刀片或磨具。
例如，金刚石切割片广泛用于切割石材、金属和混凝土等硬材料。
金刚石磨具被用于磨削和抛光工艺，能够提供高质量的表面光洁度。
2. 钻石工具：金刚石是唯一能够切削钻石的材料，因此金刚石常被用于制作钻石工具，如金刚石钻头、钻石刀片和钻石锉等。
这些工具在采矿、建筑和制造业中广泛应用，用于切割和加工各种材料。
3. 磨料粉末：金刚石经过粉碎和筛分后可以制成金刚石磨料粉末，被用作高效磨料材料。
金刚石磨料粉末被广泛应用于磨削、抛光和研磨工艺中，用于加工金属、陶瓷、宝石和玻璃等材料。
二、宝石用途：1. 珠宝饰品：金刚石被誉为“永恒的珠宝”，因为它的硬度、光泽和稀有性质使其成为珠宝饰品中的顶级宝石。
金刚石可以被切割成各种形状，用于制造戒指、项链、耳环等珠宝饰品，常常作为婚庆和重要场合的礼物。
2. 工业用金刚石：由于金刚石的硬度和热导率，其在工业上也被用作工具材料，如金刚石刀、钻头和磨具等。
这些金刚石工具具有超强的切削和磨削能力，能够有效加工硬材料，在工业生产中有广泛的应用。
三、高科技用途：1. 电子设备：金刚石在电子设备中有广泛的应用。
由于金刚石的热导率非常高，它被用作高功率电子器件的散热材料，如高性能电脑芯片和激光二极管等。
2. 光学器件：金刚石具有卓越的光学性能，因此被广泛应用于光学器件中。
例如，金刚石被用作激光器的光学腔体、光学窗口和束流器等。
金刚石的高透明度和硬度使其成为高品质光学器件的理想材料。
3. 陶瓷加工：金刚石也被用于陶瓷加工中。
由于其硬度高、耐磨性好，金刚石被用作陶瓷刀片，用于切割和加工陶瓷制品。
总结起来，金刚石的三大主要用途包括工业用途、宝石用途和高科技用途。
金刚石材料的制备及其应用金刚石是世界上最硬的天然材料之一，拥有极高的耐腐蚀性和热传导性。
因此，金刚石材料的制备和应用在现代工业中具有广泛的应用前景。
本文将从金刚石材料的制备方法、特性以及应用方面进行探讨。
一、制备方法金刚石材料的制备主要有两种方法，一种是高温高压法，另一种是化学气相沉积法。
高温高压法是利用高压、高温条件下对过短时间的石墨进行结晶生长，使其转化为金刚石晶体。
市面上经典的高温高压制备设备主要有两种：立方台和石墨热电池。
立方台是一种通过高温高压处理石墨而得到金刚石晶体的技术。
采用立方台生产的金刚石晶体多呈现出菱面体和八角形的形态，这种形态的晶体具有很高的硬度和稳定性，因此被广泛应用于装饰、钻具制造和切割工具等领域。
另一个经典的高温高压制备装置为石墨热电池，利用直接电加热原理，将碳、麻烦、牙本质等二十多种元素制成高纯石墨，在金刚石单晶生长开片中大量应用。
石墨热电池制备出来的金刚石具有自主成核、晶体状形规整等特点。
化学气相沉积法是另一种制备金刚石材料的方法，其主要原理是将气态中的金属有机化合物按一定比例和流速送入反应室，在高温下降解分解，使得所需材料的原子与气态中的碳原子发生化学反应，沉积在金属衬底上形成金刚石膜。
二、材料特性金刚石材料具有不可挽回的热传导性，透过性好，因为其所具有的低摩擦特性，使其在一些特定环境下，如高速、高温等环境下有广泛应用。
金刚石拥有很高的硬度和稳定性，其热膨胀系数较小，不易疲劳，而且抗化学腐蚀能力高。
在工程领域中的应用多半是配合钨、钨钛合金等进行合金制造，制成各种刀具、摩擦材料、导热材料及装饰材料等。
这就导致金刚石材料在各种范畴中都有广泛的应用：如金刚石磨盘、金刚石涂层、金刚石耐磨涂料、金刚石抛光片、金刚石烤漆等。
三、应用方向由于其特性和材料较硬，因此金刚石材料在石油行业中得到了广泛的应用，例如在石油工具制造中，金刚石是不可或缺的材料，由于其高耐磨性和高腐蚀性，大幅度降低了工具磨损和腐蚀程度，增加了工具使用寿命。
金刚石的特点和用途是什么金刚石是一种由碳元素组成的矿物，具有独特的物理和化学特性，使其在许多领域中有广泛的应用。
以下是金刚石的特点和用途的详细介绍。
一、金刚石的特点：1. 极高硬度：金刚石是地球上最硬的天然物质，莫氏硬度为10，远远超过其他矿物和材料。
这使得金刚石能够用于切割、粉碎、磨削等高强度和高效率的加工工艺。
2. 高热传导性：金刚石具有极高的热导率，几乎是铜的五倍。
这使得金刚石可以在高温环境下进行加工和使用，并具有优异的耐磨性和抗变形能力。
3. 优异的化学稳定性：金刚石在常温常压下几乎是不溶于任何常见的化学物质的。
这使得金刚石可以在各种化学腐蚀和腐蚀环境中使用，具有很高的耐久性和长寿命。
4. 宽光谱透过性：金刚石具有宽光谱透过性，能够透过整个可见光谱和大部分紫外光谱。
这使得金刚石可以应用于光学领域，如激光器、红外窗口和高能粒子探测器等。
二、金刚石的用途：1. 工具加工领域：由于金刚石具有极高的硬度和耐磨性，广泛应用于刀具、磨料和磨料工具的制造。
金刚石刀片、砂轮和磨料石可用于硬质材料的切割、磨削和抛光。
此外，金刚石钻头和刀具也广泛应用于钢、陶瓷、玻璃、复合材料等硬脆材料的切削、钻孔和加工。
2. 高能领域：金刚石在高能物理领域的应用十分广泛。
由于金刚石具有良好的辐射抗损伤性能和高热传导性，被用于制造高能粒子探测器、引爆装置、高强度光束传输系统等装置。
3. 光学领域：金刚石具有宽光谱透过性、高折射率和低散射率等优异的光学性能，广泛应用于光学镜片、激光器和光纤通信等领域。
金刚石窗口被用于高功率激光器和高压和高温实验装置中，以承受强大的光束和高温高压环境。
4. 电子领域：金刚石具有优异的电特性，如高电击穿场强、高载流子迁移率等，被广泛应用于半导体和电子器件的制造。
金刚石薄膜和金刚石晶体管被用于高功率和高频率电子器件，如功率电子器件、射频功率放大器和传感器等。
5. 医疗领域：金刚石在医疗领域的应用也日益增多。
金刚石作用金刚石是一种由纯碳组成的非常硬的材料，凭借其卓越的物理特性和化学稳定性，金刚石在许多方面具有重要的作用。
首先，金刚石是最硬的天然材料之一，其硬度系数为10，在莫氏硬度尺度上排名第一。
这使得金刚石成为工业上最理想的切割和磨削材料。
例如，在珠宝行业中，金刚石被用来切割和打磨宝石，以展现它们的美丽。
此外，金刚石也广泛用于工业领域，如车床刀具、钻头和磨料等，以加工各种材料，包括金属、陶瓷和玻璃等。
金刚石的高硬度和耐磨性使得切削和磨削过程更加高效和持久。
其次，金刚石具有极高的热导性，是所有材料中热导率最高的。
这使得金刚石能够在高温和高压环境下发挥重要作用。
例如，金刚石被广泛应用于高性能电子芯片的冷却系统，以有效地将热量散发出去，保持电子设备的稳定运行。
此外，金刚石还可以用于制造高压实验设备，以模拟高压环境下的物理和化学反应。
另外，金刚石还具有很高的化学稳定性，几乎不受腐蚀。
这使得金刚石能够在一些特殊环境中发挥作用。
例如，金刚石可以用作电极材料，用于电解水产生氢气和氧气。
由于金刚石的化学稳定性，它的电极在水中不会被腐蚀，从而实现高效的氢气产生。
最后，金刚石还具有光学特性，具有较高的折射率和分散率。
这使得金刚石在光学仪器中得到广泛应用。
例如，金刚石可以用于制造高质量的光学透镜和窗口，以实现高分辨率的成像和精确的测量。
此外，金刚石还可以用作激光器的输出窗口，由于其高热导性和化学稳定性，可以在高功率激光器中承受极高的能量。
综上所述，金刚石凭借其硬度、热导性、化学稳定性和光学特性等优良的物理特性，在工业、珠宝、电子、化学和光学等领域发挥着重要的作用。
题目：金刚石聚合物基复合材料在工业中的应用一、引言在工业制造领域，材料的选择是非常重要的。
而金刚石聚合物基复合材料因其优异的性能，在各个领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将从深度和广度两个方面，对金刚石聚合物基复合材料在工业中的应用进行探讨。
二、金刚石聚合物基复合材料的基本特性金刚石聚合物基复合材料，顾名思义，是以金刚石颗粒或金刚石微粉为填料，以树脂或其他聚合物为基体所构成的复合材料。
金刚石的硬度高、耐磨性好，是其作为填料的最大优势。
而聚合物基体的特性又使得金刚石得以更广泛地应用于工业领域。
1.硬度与耐磨性金刚石作为填料，赋予了复合材料极高的硬度和耐磨性。
这意味着在工业设备制造、磨具制造等领域，金刚石聚合物基复合材料可以大显身手，使得设备更加耐用。
2.导热性能金刚石的高导热性使得金刚石聚合物基复合材料在导热板、散热器等领域有着广泛的应用前景。
其导热性能优异，可以使得设备在高温、高负荷工况下保持稳定的工作状态。
3.化学稳定性金刚石对于酸碱溶液的稳定性很高，这使得金刚石聚合物基复合材料在化工领域中有着广泛的应用场景。
它可以用于制造耐腐蚀设备、耐腐蚀管道等，并在化工生产中发挥着重要作用。
三、工业制造中的应用案例1.磨具制造中的应用在磨削加工领域，金刚石砂轮、金刚石砂带等制品一直以来都是不可或缺的工具。
而金刚石聚合物基复合材料的问世让这些磨具的性能得到了极大的提升。
它们不仅耐磨耐压，而且热导性能优异，能够更好地冷却工件，提高工件加工质量。
2.机械设备制造中的应用在机械设备的制造中，对材料的要求往往非常严苛。
金刚石聚合物基复合材料的出现，使得设备的零部件更加耐磨、耐腐蚀。
金刚石填充聚合物的轴承套等，其耐磨性大大超过了传统的金属材料。
3.化工设备制造中的应用化工设备往往需要经受严酷的腐蚀条件，因此对材料的要求非常高。
金刚石聚合物基复合材料在这一领域中得到广泛的应用，例如制造耐腐蚀性能更好的搅拌器、阀门等。
四、金刚石聚合物基复合材料的发展趋势1.技术改进当前，金刚石聚合物基复合材料的生产工艺已经相对成熟，但是在材料性能的提升方面还有待改进。
新型金刚石材料的研究进展和应用随着科技的发展，研究人员们一直在探索更优秀的材料。
金刚石作为工业上的一种重要材料，因其硬度高、耐磨性强而被广泛应用。
然而，传统金刚石材料的晶格结构不完美，导致其强度不高，易于碎裂。
随着科技的发展，新型金刚石材料的研究逐渐成为了热点问题。
本文将着重介绍新型金刚石材料的研究进展和应用。
1. 新型金刚石材料的研究进展1.1 超硬金刚石材料超硬金刚石材料是一种由金刚石晶体和其他材料共同构成的新型材料，具有强度高、硬度高等特点。
由于超硬金刚石的强度高，故而大大提高了其的应用范围。
目前，该材料已被广泛应用在航空、航天、工业加工等领域。
1.2 氮化金刚石材料氮化金刚石材料是一种新型的金刚石材料，是以金刚石和氮化硼组成的化合物，具有更高的硬度、抗裂能力和导热性。
据研究，氮化金刚石的硬度比传统金刚石提高了10倍之多。
该材料在高温、高压、强酸、强碱、高放射性等复杂环境下具有稳定性，可广泛应用于半导体照射器具、高温高压实验装置、电力行业等领域。
1.3 氢化金刚石材料氢化金刚石材料是一种以金刚石和氢共同构成的新型金刚石材料，在其晶格结构中，氢原子充当了“粘合剂”的作用，从而让这种金刚石材料的硬度更高。
研究人员近年来已成功制备了单晶氢化钻石，其硬度比传统金刚石提高了10倍之多。
这种材料的应用前景非常广阔，可广泛应用于机械制造、工业加工、武器装备、半导体等领域。
2. 新型金刚石材料的应用2.1 工业加工领域新型金刚石材料的应用使得工业加工领域的工作效率大大提高。
随着超硬金刚石材料的应用，精密、高效的成型刀具已经大量应用于工业生产实践之中。
使用超硬金刚石磨具，可以大大提高机械零部件的加工精度，使得零部件加工的质量更加稳定，赢得了广泛的市场信赖。
2.2 航空航天领域新型金刚石材料的应用对于提高航空、航天领域的安全性和可靠性有着积极的意义。
由于氮化金刚石材料的硬度高、抗裂能力好，因此可以广泛应用于发动机、航空涡轮发动机以及人造卫星等复杂器材上，提高其的寿命和可靠性。
金刚石的主要特点及应用金刚石是一种由碳原子组成的同素异形体，具有许多独特的特点，使其在许多领域有重要的应用。
以下是金刚石的主要特点及应用。
1. 高硬度：金刚石是已知最硬的材料，其摩尔硬度达到10，在几乎所有物质中都具有很高的硬度，因此具有极强的耐磨性。
金刚石主要碳原子间的共价键较短且强，使其具有优秀的硬度和耐磨性。
此特点使得金刚石在切削、磨削和磨损材料的领域有广泛的应用，如刀具、磨料和磨具等。
2. 高热导率：金刚石具有良好的热导率，其热导率是铜的5倍，因此能够迅速将热量传递和散发。
这使得金刚石在高温高压、高速切削和高功率电子器件散热方面具有重要的应用，例如在钻井、切割和石墨陶瓷的切削加工中，金刚石具有优异的散热性能。
3. 高折射率：金刚石的折射率非常高，可达到2.42，使其成为最常用的光学材料之一。
使用金刚石制作的透镜和棱镜具有高透明度和优良的光学性能，广泛应用于激光、光纤通信、光学设备和高品质珠宝等领域。
4. 宽带隙：金刚石具有宽带隙，几乎没有杂质电子能级，因此具有良好的电绝缘性和高耐压性。
这使得金刚石在制造高压高功率电子器件方面有重要应用，如金刚石晶体管和金刚石二极管等。
此外，金刚石也可用作电子和电气绝缘材料，例如在微电子器件的绝缘层中应用。
5. 化学稳定性：金刚石在常温下对大多数溶剂和酸碱具有优异的稳定性，仅在高温下和氧气存在的条件下才会被氧化。
这使得金刚石在电化学、化学传感器和防腐蚀领域有重要应用，如电化学研究、化学传感器和涂层材料等。
综上所述，金刚石具有高硬度、高热导率、高折射率、宽带隙和化学稳定性等独特特点，使其在切削加工、光学、电子器件、化学传感器和防腐蚀等许多领域有广泛的应用。
金刚石的特殊性质使其成为一种重要的工程材料，推动了许多领域的科技进步和发展。
金刚石刀具性能及其应用研究作者：韩波峰摘要：描述了金刚石的物理特性，对金刚石刀具的分类及其性能行了介绍，包括天然金刚石、聚晶金刚石、聚晶金刚石复合片、化学气相沉积金刚石涂层刀具。
分析和对比了不同类型金刚石刀具的应用场合，为企业在加工难加工材料时选用超硬金刚石材料刀具时提供参考。
1 引言金刚石是精密和超精密加工的超硬刀具材料之一，金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。
可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。
金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。
2 金刚石材料特性金刚石为单—碳原子的结晶体，其晶体结构属等轴面心立方晶系(晶系原子密度最高)。
金刚石中碳原子间连接键为sp3杂化共价键，具有很强的结合力、稳定性和方向性。
人工合成金刚石性能取决于sp3价键与非晶无定形碳sp2杂化共价键相对比率。
如果sp3含量过低得到二者混合物体为类金刚石(Diamond－Like Carbon，简称DLC)。
晶体结构使金刚石具有最高的硬度、刚性、导热系数以及优良的抗磨损、抗腐蚀性和化学稳定性等均高于硬质合金。
如表1所示，可见单晶金刚石硬度最高，热导率最大，热膨胀系数最小，故其综合物理性能最佳。
3 金刚石刀具类型及其性能目前，工业用金刚石刀具根据成分和结构不同可分为五种：1.天然金刚石Natural Diamond(ND)；2.人造聚晶金刚石Artificial Polvcrystalline Diamond(PCD)；3.人造聚晶金刚石复合片Polycrystalline Diamond Compact(PDC)；化学气相沉积涂层金刚石刀具Chemical Vapor Deposition DiamondCoated Tools(CVD)。
4.沉积厚度达100µm的无衬底纯金刚石厚膜Thick Diamond Film(CD)；5.在刀具基体表面直接上沉积厚度小于30µm的金刚石薄膜涂层Coated Thin Diamond Film(CD)。
金刚石和立方氮化硼是两种极其硬度和耐磨损的材料，它们在各自的特性和使用场合上有着许多值得探讨的地方。
1. 金刚石的特点和使用场合金刚石是自然界中最坚硬的材料，其硬度大于任何其他自然材料，因此具有极高的耐磨损性。
金刚石晶体结构坚硬而稳定，使其在钻头、研磨工具和切削工具等工业领域有着广泛的应用。
金刚石还具有良好的导热性和导电性，因此在电子工业和热管理领域也有着重要的用途。
2. 立方氮化硼的特点和使用场合立方氮化硼，也被称为C-BN，是一种由碳原子和氮原子组成的超硬材料，其硬度和耐磨性仅次于金刚石。
与金刚石相比，立方氮化硼的化学惰性更强，更不易与其他化合物发生化学反应。
这使得立方氮化硼在高温、高压和腐蚀性环境下有着更广泛的应用，尤其是在金属切削加工和陶瓷加工等领域。
3. 金刚石和立方氮化硼在工业和科学研究中的地位金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，已经成为工业制造和科学研究中不可或缺的材料。
其极高的硬度和耐磨性，使得金刚石和立方氮化硼在材料加工、精密加工和机械加工中发挥着关键作用。
在科学研究领域，金刚石和立方氮化硼的特性也被广泛应用于高压实验、光学材料和半导体材料等领域。
4. 个人观点和总结在我看来，金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，其重要性不言而喻。
它们不仅在工业制造、科学研究和高新技术发展中发挥着不可替代的作用，同时也拓展了人类对材料的认识和应用。
深入了解金刚石和立方氮化硼的特点和使用场合，对于每个工程技术人员和科研工作者来说都至关重要。
通过对金刚石和立方氮化硼的深入了解，我们不仅可以更好地选择和应用这些超硬材料，还可以在加工和研究中不断取得新的突破和进展。
金刚石和立方氮化硼的特点和使用场合具有极其重要的意义，其深远影响已经不仅仅局限于材料本身，还涉及到整个工业与科学领域的发展。
金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，在工业和科学研究中发挥着重要作用。
它们的特点和使用场合丰富多样，深入了解和研究这两种材料对于推动材料科学和相关领域的发展至关重要。
陶瓷专题金刚石材料的功能特性研究与应用高 凯,李志宏(天津大学材料科学与工程学院,天津 300072)Study and Application on Functional Properties of Diamond MaterialsGAO Kai,LI Zhi hong(S chool of M ater ial S cience and Engineer ing,T ianj in Univer sity,T ianj in300072,China)Abstract:Functional properties of diamo nd mater ials and its study and application recent years on w ide bandg ap semiconducto rs,ultraviolet detectors,sing le pho to n source for quantum computer,so nic surface diffusion and electronic encapsulatio n w ere reviewed in this paper,and other po tential application on func tional proper ties of the diamond materials w ere expected.Key words:Diamo nd,Functional proper ty,Study,Application摘要:本文综述了金刚石的功能特性及其近年来在宽禁带半导体、紫外探测器、量子计算机用单光子源、声波材料和电子封装等方面的研究与应用进展,并对金刚石材料在其它功能特性方面的开发与应用前景提出了展望。
关键词:金刚石;功能特性;研究;应用中图分类号:TB33 文献标识码:A 文章编号:1002-8935(2010)04-0009-05金刚石是目前工业化生产的最硬材料,其前通常利用其硬度特性广泛地作为加工、研磨材料。
但它除了具有高硬度之外,其许多优异特性被逐渐发现和挖掘,如室温下高热导率、极低的热膨胀系数、低的摩擦系数、良好的化学稳定性、大的禁带宽度(5 5eV)、高的声传播速度、掺杂诱导的半导体特性以及高的光学透过率,使其在机械加工、微电子器件、光学窗口及表面涂层等许多领域有着广阔的应用前景。
因此,金刚石材料的功能特性研究与应用引起了人们极大的兴趣,并在很多领域取得了突破和进展。
1 在宽禁带半导体方面的研究与应用金刚石作为一种宽禁带半导体,在光电子学中的应用前景无疑是最引人注目的。
但是由于n型金刚石半导体掺杂存在着一定的困难,使制备同质结的困难加大,目前领先的依然是麻省理工学院有关于金刚石薄膜p n结的研究[1],2001年麻省理工学院的Koizumi等第一次制备了金刚石薄膜p n结,在金刚石单晶的(111)面上以同质外延生长的方法制备了两层金刚石薄膜,p型半导体使用B元素掺杂金刚石薄膜而成,n型半导体则以P元素掺杂制备,然后他们对这个装置进行了改进,在施加20V 偏压电路的情况下,装置被激发出了紫外光,并且指出,该装置可以在高温下运作。
Alexo v A等[2]则在掺杂B元素后的金刚石薄膜上用同质外延法制备了一层掺杂N元素的金刚石薄膜,但是并没有详细报道此p n结的电致发光等特性。
之后有关同质结的报道很不常见,估计主要是还是因为金刚石n型半导体掺杂的可重复性存在着一定的困难所致,目前报道都集中于金刚石半导体异质结上,比如,已在Si晶片上生长含B金刚石薄膜[3],或者是制备肖特基二极管(Schottky diodes)和场效应晶体管(Field effect transisto rs,FET)。
1987年化学气相沉积(CVD)法制备含B金刚石薄膜的方法并不完善,所以Geis等[4]用合成含B 金刚石单晶的方法制备了由W元素接触的首个金刚石肖特基二极管,并在700下考察了样品的性能,确定了样品具有很高的击穿场强。
同一课题组的相关人员进一步考察了不同金属元素接触对金刚石肖特基二极管性能的影响[5],大量的工作表明,使用Al,Au,H g元素作为含B金刚石的表面接触元素,对肖特基二极管的性能有着更积极的作用,退火或者在金刚石表面形成导电碳化物可以使二极管表面形成良好的欧姆接触。
Chen[6]和Butler[7]对肖特基二极管的性能改进做了大量的工作,Butler所制备的样品具有大于6kV的击穿场强而备受关注。
CVD法制备金刚石薄膜技术成熟之后,特别是纳米金刚石薄膜的制备方法成功之后,有关金刚石肖特基二极管的研究开始不断细化并延续至今[8-11]。
场效应晶体管(FET)也是一种由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管,属于电压控制型半导体器件。
金刚石的高载子迁移率,高击穿场,高导热,高功率的特点可以推测其在微波频率、高功率运行交换机等领域具有一定程度的应用。
事实上,这种可能性已经得到了证实。
A lekso v等[12]详细讨论了在金刚石单晶上制备含B金刚石薄膜,然后用H 元素进行终止表面化的实验,最后制备了金刚石FET样品这一实验过程。
作为研究金刚石FET的方向大致分为B 掺杂场效应管[13],氢表面终止FET(H y dro gen term inated FET)[14]。
有关金属 p型金刚石半导体FET制作的第一份报告发表于1999年[15],随着微电子组装技术的发展,微米尺寸的金属 p型金刚石半导体FET研究开始成为研究的热门[16-17]。
U lm的科研小组[18]在前人的基础上于2004年发表了制备性能优良并且具有高度稳定性的金属 p型金刚石半导体FET的计算机仿真的结果报告。
报告中指出,制备的FET 的理论上可运作温度达到1000,截止频率可达到30GH z,仿真的输出功率密度达到30W cm-1。
2008年,该小组发表了有关最新的文献表明他们实际制备的样品同仿真结果之间存在着一定的差距,其中截止频率远小于理论值[19]。
场发射(Field emission,FE)材料、光发射(Pho to emission,PE)材料、二次电子发射(Secondary electr on emissio n,SEE)材料、离子致电子发射(Io n induced electro n emission,IIEE)材料等虽然都是以使金刚石内部电子逸出表面的原理制备成功,但是诱发机理各不相同,后两者主要都是利用光子能量和初电子能量使晶体内部电子获得较大的动能,高出表面势垒而逸出;前者则是以强电场使金刚石表面势垒能量降低,金刚石晶体内部电子通过量子隧道效应逸出表面的原理制备而成。
这方面研究的对象一般是氢终端化的含B p型金刚石,也有一些掺杂P元素的n型金刚石半导体和表面氢化的金刚石薄膜类样品。
通过研究,电子发射强度会随着时间产生一定的衰减,主要的原因在于表面氢的损失。
这种发现对以金刚石为主的电子发射器的长期应用性研究带来了不利的影响。
金刚石表面经过氢等离子体溅射处理后,形成氢终端表面。
1989年,Landstr ass[20]首次报道了氢终端表面表现出p型导电性,随后,其他人证实了这一发现[21-23]。
1997年,H ayashi等[24]发现氢表面化处理含B金刚石薄膜后,其表面电学性能也表现出了与未掺杂金刚石相同的变化规律。
氢终端金刚石材料作为场发射晶体管的研究已经有超过10年的历史了,麻省理工学院的研究小组首次对金刚石的发射表面进行了分析[25],发现在B掺杂和N掺杂后的费米能级附近的电子发射特性;接着他们制备了用作场发射阴极的金刚石材料,考察了金属 金刚石之间接触电流[26],提出了金刚石在真空中的电子释放机理[27]。
电子流密度的考察一般用飞行时间质谱(T OF)来检测,利用TOF进行了T OFs电子飞行时间的分析也是可行的。
但是要注意,由于测量条件的限制,比较T OFs的数值存在着一定的困难,因为离子在离开离子源时初始能量不同,使得具有相同质荷比的离子达到检测器的时间有一定分布,造成分辨能力下降。
当然,在同一小组内发表的报告里比较T OFs的数值还是有一定的意义的。
采用离子溅射等方法制备的金刚石点阵也展现出良好的场发射特性[28],在金刚石单晶或者单晶Si 片上制备纳米金刚石金字塔形的点阵具有更好的发射率[29]。
金刚石的PE研究可能是最早开始进行的了。
H impsel等首次用光发射的方法研究了掺B金刚石单晶的(111)面的缺陷形貌和能级,在这个领域的另一个比较重要的工作是Br adis和Pate[30]用这种方法研究了氢终端含B金刚石表面的缺陷能级和表面结构。
更进一步的研究认为[31],氢终端法处理金刚石表面对CVD金刚石薄膜的稳定性具有巨大的影响。
金刚石具有很高的SEE系数,这在90年代已经得到了证实。
目前研究到的金刚石尺寸范围已经从微米降低到了纳米级别。
在90年代初期,就有人对金刚石薄膜的SEE特性进行了实验研究,发现金刚石薄膜的SEE系数比较大(最大到10)。
随后又有人对不同掺杂金刚石薄膜SEE特性进行了相应的研究,其中在掺铯情况下,金刚石薄膜的SEE系数在5kV时高达55[32];在90年代末,有人对表面氢化的金刚石薄膜SEE系数进行了研究,结果发现,氢化金刚石薄膜比掺铯金刚石薄膜具有更高的SEE系数。
在21世纪初,美国海军实验室对金刚石薄膜的透射SEE系数进行了实验研究,发现在十几千伏情况下,金刚石薄膜的二次电子透射系数可以达到10[33]。
SEE最大的问题目前还是金刚石氢化薄膜的不稳定性,近年的报告中很多都是不同因素对氢化表面的破坏性的研究。
IIEE则存在着一个重要的缺陷,容易导致金刚石的石墨化,所以虽然也有指出金刚石具有良好的IIEE特性[34],在等离子体显示器中具有很大的应用潜力,但是目前寻找合适的轰击离子以避免金刚石的石墨化仍然是一个重要的研究瓶颈。
2 在紫外探测器方面的研究与应用金刚石具有非常优异的电学性质,例如其禁带宽度可以达到5 5eV,电阻率在1010 cm以上,介电常数可以达到5 5,理论上金刚石是可以用作条件极端恶劣的辐射环境中的探测器材料的。
在金刚石辐射探测器方面的研究开始得很早,从天然金刚石到H PH T金刚石再到CVD金刚石薄膜[35-37]。
金刚石紫外探测器的研制一直是国防和太空科技的重要研究内容,国外多家科研机构都开始了这方面的研究工作,对此周海洋等[38]做了很详细的归纳和总结。
目前金刚石探测器不能令人如意的地方主要是由于多晶材料的杂质和缺陷造成的信号问题,金刚石探测器的突破其实还是依赖于合成金刚石的品质,人工合成金刚石制备的探测器信号比天然金刚石小,响应的空间均匀性更加有待改进。
