5月27日,河南黄河旋风股份有限公司在投资者关系平台上宣布,黄河旋风将开展直径3英寸及光学级CVD多晶金刚石薄膜的开发工作,并筹建CVD多晶金刚石检测中心,推进CVD金刚石薄膜在热学、光学、电学、声学和电化学等方面的应用。
一、什么是CVD多晶金刚石薄膜?
CVD全称化学气相沉积,它不同于开采天然钻石或模拟地底高温高压环境合成金刚石(HTHP法)。其原理是在真空或低压反应腔室内,通入含碳气体(如甲烷 CH4)和氢气(H2)。通过特定能量源(如微波、热丝、电弧等)激发产生等离子体,将气体分子分解。在精确控制的温度(通常在800°C - 1200°C)和压力下,碳原子或含碳基团在选定的基板(如硅片、钼片、甚至陶瓷)表面沉积、迁移、排列,最终形成金刚石结构。
单晶VS多晶
单晶金刚石指原子在整个晶体中规则、连续地排列,就像一块完美的水晶。性能优异但尺寸受限(尤其大尺寸单晶生长极其困难缓慢)、成本极高。
多晶金刚石薄膜:由无数微小的金刚石晶粒(通常尺寸在纳米到微米级)紧密堆积而成。晶粒之间存在晶界。虽然晶界会带来一些性能上的微小差异(如略低的导热率、光学散射),但它解决了单晶金刚石尺寸和成本的核心瓶颈,使其大规模、可定制化生产成为可能。
CVD 多晶金刚石薄膜兼具了金刚石的优异性能(如高硬度、高导热性、宽禁带宽度等)和薄膜的可设计性(如厚度、形状、附着基底等),在多个领域具有重要应用价值。
黄河旋风2英寸的多晶金刚石热沉片
二、主要应用领域
1.光学
红外光学窗口:在航空航天、军事领域用于红外探测器的保护窗口(如导弹导引头)。
紫外发光器件:利用金刚石的宽禁带特性(禁带宽度 5.5 eV),研发日盲紫外探测器和深紫外发光二极管(DUV-LED)。
2.半导体
散热器件:用于 5G 基站芯片、激光二极管(LD)的热沉材料,解决高频器件的散热瓶颈。
功率器件衬底:与碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽禁带半导体结合,提升高频、高温环境下的器件性能。
3.生物医学与传感器
生物相容性涂层:用于植入式医疗器械(如人工关节),利用金刚石的化学惰性和低摩擦系数。
高灵敏度传感器:基于金刚石中的氮 - 空位(NV)色心,开发磁场、温度纳米传感器,用于生物成像和量子计算。
作为“终极半导体材料”,金刚石的热学、光学、电学及量子特性在不断开发。以金刚石应用为主的热管理材料、光学材料、力学及声学材料、半导体材料具有显著的优势和巨大的发展潜力,在现代高科技领域和国防工业中扮演着重要角色,正成为国际竞争的新热点。
随着制备工艺的成熟和成本下降,CVD 多晶金刚石薄膜的应用场景将进一步拓展,未来有望在半导体、量子技术、新能源等领域发挥关键作用。黄河旋风启动3英寸及光学级CVD多晶金刚石薄膜研发项目,不仅是一次材料技术的攻坚,更是向高端及光学核心材料国产化迈出的坚实一步,为"中国智造"注入硬核科技力量。