金刚石在线讯  金刚石是一种超宽带隙半导体材料，它具有高的载流子迁移率、高的载流子饱和漂移速度、高临界击穿场强、极高的热导率和较低的介电常数等优异的物理性质，在电力电子器件、微波功率器件、深紫外和高能粒子探测器等各类电子和光电子器件研制方面有着广阔的应用前景。单晶金刚石更是因为具有大幅度提高这些器件功能的潜力而引起了众多学者的关注。

与HPHT法相比，CVD法的有效生长空间大，原材料纯度高，使合成的金刚石纯度较高。理论上讲，只要能够获得足够尺寸的衬底，就可以制备出相应尺寸的单晶金刚石。根据衬底种类不同，CVD法合成金刚石可分为异质外延法和同质外延法。而高质量的单晶金刚石衬底很难获得，因此，选择一种合适的异质衬底进行外延生长，无疑是制备英寸级单晶金刚石的最优选择。

目前，在Ir复合衬底上结合偏压增强成核技术的异质外延方法是制备大尺寸单晶金刚石研究最广泛的方法。

然而，在实际中实现大尺寸异质外延金刚石仍然具有挑战性。首先，异质外延体系中的晶格失配会在体系中引入较高的位错密度，对于几百微米厚度的金刚石，通常在10⁷-10⁹ cm^-2的范围内。另外，金刚石-铱复合材料体系内的晶格失配以及由于热膨胀系数差异导致的热失配会在金刚石薄膜中产生高达几GPa的应力，导致金刚石外延层开裂。

中国科学院半导体研究所金鹏团队曾采用激光切割图案化工艺缓解金刚石层异质外延生长过程中的巨大应力，实现了2英寸异质外延自支撑金刚石单晶的制备，位错密度为2.2×10⁷ cm^-2，达到国际先进水平。

制备流程及2英寸自支撑单晶金刚石照片

在近期，团队又研究了激光刻槽模板对异质外延金刚石生长过程及应力分布的影响，并揭示了其实现毫米级无裂纹金刚石厚膜生长的作用机制。首先在约500 nm厚的异质外延金刚石籽晶层表面，利用355 nm紫外激光加工出规则的网格状刻槽，再通过微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）开展后续厚膜生长。完成约200小时连续生长，成功获得厚度约1 mm的自支撑异质外延单晶金刚石。

2026年9月3日，中粉会展将在河南•郑州举办“第三届半导体行业用金刚石材料技术大会暨功率半导体技术应用与装备研讨会”。届时，我们邀请到中国科学院半导体研究所金鹏研究员出席本次大会并作题为《大尺寸单晶金刚石异质外延生长》的报告，报告将介绍团队在2-3英寸单晶金刚石异质外延生长方面的最新进展，具体包括金刚石异质外延用复合衬底的制备、金刚石偏压增强成核、单晶金刚石薄膜生长和自支撑金刚石单晶制备等内容。

专家简介

金鹏，中国科学院半导体研究所研究员、中国科学院大学岗位教授、博士生导师。主要研究方向为半导体金刚石材料与器件和相关科学仪器等。先后承担国家、省部级等科研任务50余项。研制出国际首台具备稳态和时间分辨测量功能的深紫外激光光致发光光谱仪、我国首台金刚石等超宽禁带半导体材料电学性质测量用飞行时间装置及高性能半导体金刚石生长用微波等离子体化学气相沉积设备，制备出高质量、2-3英寸大尺寸异质外延金刚石单晶材料。发表学术论文近百篇，获国家发明专利授权10余项。

参考来源：

[1]屈鹏霏、金鹏等：单晶金刚石异质外延用铱复合衬底研究现状

[2]半导体学报、Functional Diamond、金刚石材料