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半导体行业对高品质金刚石的期待(三)


三、 金刚石半导体的应用

研究表明,金刚石作为超宽禁带半导体材料的一员(禁带宽度5.5eV),具有一系列优异的物理和化学性质,如高载流子迁移率、高热导率、高击穿电场、高载流子饱和速率和低介电常数等,这使其在高新科技领域中,特别是电子技术中得到较广关注,被公认为是具有前景的新型半导体材料。基于这些优势。这有助于减少电子元件的质量、体积以及生命周期成本,同时允许设备在较高的温度、电压和频率下工作,也使得电子器件使用更少的能量却可以实现较高的性能。

宽禁带半导体尤其是金刚石在高频高压条件下具有较广且不可替代的应用优势和前景,被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。

金刚石应用于半导体产业,首要条件是具备一定的规格尺寸及品质要求。天然金刚石在地球上的储量较少,能够满足半导体产业尺寸品质需求的天然金刚石比例更小,而且价格昂贵,因此如何大幅降低大尺寸金刚石单晶材料的成本是解决半导体产业对其大量需求的根本途径。

金刚石单晶的制备方法主要有高温高压(HPHT)法和化学气相沉积(CVD)法。高温高压法制备的金刚石单晶一般会含有一定量的杂质,影响金刚石的纯净度和品级,且作为半导体材料,掺杂浓度不易控制,对合成技术要求比较苛刻。CVD法包括HFCVD法、微波等离子体(MPCVD)法、直流喷射法等几种。其中MPCVD法由于采用无电极放电,可产生纯净的等离子体,避免了其他生长方法中由于电极等造成的污染,成为制备高品级金刚石的方法。

热丝CVD金刚石制备设备主要用于微米晶和纳米晶金刚石薄膜、导电金刚石薄膜、硬质合金基金刚石涂层刀具、陶瓷轴承内孔镀金刚石薄膜等。例如可用于生产制造环保领域污水处理用的耐腐蚀金刚石导电电极。

可用于平面工件的金刚石薄膜制备,也可用于刀具表面或其它不规则表面的金刚石硬质涂层制备。

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禁带宽度:由半导体的电子态、原子组态决定,反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量;禁带宽度是半导体的一个重要特征参量。禁带宽度为零的是金属,禁带宽度很大(一般大于4.5 eV)的是绝缘体,禁带宽度居中的是半导体。

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半导体材料的导电机理是通过电子和空穴这两种载流子来实现的,有N型和P型之分。金刚石作为IV族元素,其晶体结构可看做有两个面心立方结构沿体对角线平移1/4晶格常数套构而成。碳原子以sp3杂化轨道与邻近的4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构,可以通过向金刚石中掺杂适当的元素从而改变其电学性能,使其可以作为半导体材料较广应用于电学器件中。

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干货!一文看懂金刚石微粉行业发展现状:行业正向智能化生产发展(一)


金刚石微粉指粒径细于54微米的金刚石颗粒,化学成分为碳,是自然界最坚硬的物质。金刚石微粉是金刚石单晶通过破碎、球磨等加工后形成的微米级或亚微米级超细金刚石粉体。金刚石的强度高,耐磨性好,摩氏硬度为10,显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍,比刚玉高150倍。因此金刚石微粉作为一种超硬磨料,具有其他产品无可比拟的研磨能力,日益受到各工业发达国家的高度重视。