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聚焦中国科学十大进展:柔性超平金刚石薄膜产业化新路径

时间:2026-03-28 10:19
  近日,国家自然科学基金委员会发布了2025年度“中国科学十大进展”,“创新方法实现规模化制备柔性超平金刚石薄膜”入选。这一方法有望加速金刚石薄膜在下一代高性能电子、柔性光电子和量子技术等领域的应


  近日,国家自然科学基金委员会发布了2025年度“中国科学十大进展”,“创新方法实现规模化制备柔性超平金刚石薄膜”入选。这一方法有望加速金刚石薄膜在下一代高性能电子、柔性光电子和量子技术等领域的应用。

  金刚石被誉为“终极半导体材料”,其导热率是铜的5倍,耐电压强度是硅的30倍,电子迁移率比现有半导体快10倍,这些极致性能使其成为5G基站、电动汽车功率芯片、量子计算等尖端领域的理想材料。然而,天然金刚石资源稀缺、成本高昂,传统人工合成的金刚石难以突破尺寸与加工瓶颈,严重制约了金刚石在半导体领域的广泛应用。

  面对这一挑战,来自香港大学、南方科技大学、北京大学东莞光电研究院的研究团队独辟蹊径,创造性地开发出“边缘暴露剥离法”,实现英寸级柔性超薄、超平整金刚石薄膜的规模化制备。


  图片来源:国家自然科学基金委员会

  研究团队领头人、香港大学工程学院副教授褚智勤介绍,该技术的核心在于精确调控金刚石生长过程中的界面应力,结合巧妙的切边工艺,实现了薄膜的完整剥离。“通俗地讲,就像在玻璃表面贴上透明胶带,通过精巧设计能让金刚石膜像便利贴一样被完整撕下,彻底颠覆了传统打磨减薄的加工模式。”

  这项技术主要实现了三个突破:一是将制备2英寸晶圆的时间从数小时缩短至10秒,实现了从手工雕刻到机械化生产的跨越;二是薄膜厚度达到亚微米级,不足头发丝的百分之一,表面平整度进入原子级别;三是金刚石膜展现出前所未有的柔性,可360度弯曲。

  在科学层面,该研究首次揭示金刚石与衬底界面应力的动态平衡机制,建立薄膜剥离的数学模型,为其他超硬材料加工提供新范式;发现了亚微米厚度下金刚石的弹性变形机制,突破传统断裂力学理论预测;实现从原子级生长控制到厘米级制造的跨尺度整合。

  “这项工作应用前景广阔:在生命健康方面,柔性金刚石薄膜生物相容性好,有望制成可植入人体的传感器,实时监测生理指标;太空探索中,金刚石膜材料在-200℃至800℃极端温度下稳定工作的特性,使其成为深空探测器的理想核心材料。”褚智勤说。

  这项技术为全球半导体产业开辟了全新赛道,目前,研究团队已建成小试生产线,预计3年内实现英寸级晶圆量产,这是金刚石半导体技术从实验室走向产业化的重要一步。

  策划:陈芳

  统筹:吴晶、孙闻

  记者:温竞华、胡喆、刘祯

  新华社国内部出品

来源:https://www.163.com/dy/article/KP2F0GVM05346RC6.html
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