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單晶金剛石在半導(dǎo)體、光學(xué)顯示的應(yīng)用
閱讀：58 發(fā)布時間：2022-3-19新材料作為二十一世紀(jì)三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，在整個人類歷史進(jìn)程中都發(fā)揮著舉足輕重的作用。人類的每一次科技革命，也是材料產(chǎn)業(yè)的革命。金剛石，這個堅(jiān)硬的物質(zhì)，因其諸多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，成為人們關(guān)注的材料之一，可以毫不夸張的說，金剛石的出現(xiàn)，推動了現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。然而對金剛石應(yīng)用的開發(fā)，到目前也僅僅是冰山一角。究其原因，莫過于其高昂的價格。
隨著人們對大單晶金剛石需求的不斷增長，各大高校及科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)加快研究步伐，金剛石合成技術(shù)也日趨成熟，合成金剛石的質(zhì)量得以進(jìn)一步提高，成本不斷下降。為金剛石將來更的科技應(yīng)用創(chuàng)造可能。今天我們就來盤點(diǎn)一下金剛石的兩個應(yīng)用。
1. 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)用
砂布絲輪,花蝶頁輪,加厚千頁輪,帶柄頁輪,碳化硅千頁輪,棕剛玉千頁輪
1.1 芯片襯底
自20世紀(jì)50年代開始，以硅(Si)、鍺(Ge)為主的代半導(dǎo)體材料使用至今已有70余年，時至今日，仍有95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路由硅材料制作，但因硅自身的物理性質(zhì)缺陷，限制了其在高頻功率器件上的應(yīng)用。而以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)為代表的第二代半導(dǎo)體材料雖然在二十世紀(jì)末風(fēng)靡一時，但因其價格昂貴，且具有毒性，使得其應(yīng)用受到很大的局限性。現(xiàn)如今，以金剛石、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等為主的具有超寬帶隙特性的第三代半導(dǎo)體材料已成為國際競爭的熱點(diǎn)。三代半導(dǎo)體材料性質(zhì)對比如下：
由以上數(shù)據(jù)可以看出，作為第三代半導(dǎo)體材料中的，金剛石材料具備高熱導(dǎo)率、高擊穿電場、高載流子遷移率、高載流子飽和速率和低介電常數(shù)等優(yōu)異的特性，滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫、高壓、高功率、高頻率以及抗輻射等惡劣條件的要求，已是業(yè)界*的“半導(dǎo)體材料"。
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以CVD方法制得的大單晶金剛石作為襯底材料可應(yīng)用于集成電路芯片、超高頻大功率電子器件、生物傳感器、航空航天及其他環(huán)境電子元器件等場景，將大幅度提升數(shù)據(jù)傳輸速率與轉(zhuǎn)化效率，降低功耗，未來在國防、航空航天、能源勘探、量子計(jì)算機(jī)、光存儲、5G通訊、太陽能、汽車制造、半導(dǎo)體照明、智能電網(wǎng)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮戰(zhàn)略性作用。
1.2 芯片散熱材料—熱沉
隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)裝備的提升，激光二極管列陣等大功率高密度器件已被越來越多地應(yīng)用于集成電路之中，但受限于普通材料的散熱性能，導(dǎo)致溫度不斷升高，大大降低了其性能，同時縮短了使用壽命。
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單晶金剛石材料具有目前所知的天然物質(zhì)中的熱導(dǎo)率，且工作溫度可達(dá)600℃以上，并具備化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電器絕緣性好、介電常數(shù)小、熱膨脹系數(shù)與器件材料的膨脹系數(shù)基本相同、表面平滑性好等特性，是目前用作高功率密度的器件的散熱元件的材料，可被應(yīng)用于5G芯片、激光二極管陣列、高速計(jì)算機(jī)CPU芯片多維集成電路、大功率雷達(dá)微波行波管導(dǎo)熱支撐桿、GaN on diamond復(fù)合片、衛(wèi)星擴(kuò)熱板、微波集成電路基片、集成電路封裝自動鍵合工具TAB等高技術(shù)領(lǐng)域。
2. 冷陰極場發(fā)射顯示器
隨著“大腦袋"電視、顯示器（即傳統(tǒng)陰極射線管顯示器，簡稱CRT）逐漸離開人們的視線，平板顯示器、電視迅速走進(jìn)了千家萬戶，成為日常生活的工具。現(xiàn)在市場上主流平板顯示器主要有兩種：一是等離子顯示器（PDP）,依靠高能量的電子束轟擊屏幕產(chǎn)生圖像，其缺點(diǎn)是工作電壓大、能耗高且制造成本高；二是液晶顯示器（LCD），依靠液晶材料對光線的偏光作用產(chǎn)生圖像，其缺點(diǎn)是顯示速度慢、能耗高、視角范圍小。
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由于單晶金剛石材料在光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等方面表現(xiàn)出的優(yōu)異特性，采用單晶金剛石材料制作冷陰極場發(fā)射顯示器（FED）已成為各大屏幕生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。FED是一種自發(fā)光型平板顯示器，在繼承其他顯示器優(yōu)點(diǎn)的前提下，摒棄了其缺點(diǎn)。首先FED由數(shù)十萬個冷發(fā)射子組成，在亮度、灰度、色彩、分辨率和響應(yīng)速度方面均表現(xiàn)優(yōu)異；其次，F(xiàn)ED顯示器核心部件的冷發(fā)射陰極到陽極的距離僅為100μm，*符合現(xiàn)在超薄顯示器發(fā)展規(guī)律；另外FED采用冷陰極電子源,具有功耗低、自發(fā)光、工作環(huán)境溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，工作電壓僅為1kV。隨著MPCVD生產(chǎn)金剛石材料的技術(shù)不斷成熟，F(xiàn)ED統(tǒng)領(lǐng)顯示器市場必將指日可待。
河南圣疊磨具有限公司是一家砂布深加工的專業(yè)化制造企業(yè)。公司產(chǎn)品主要有百頁片/百葉片、千頁輪/千葉輪、花碟頁輪、 帶柄頁輪、絲輪、砂布環(huán)帶以及玻纖網(wǎng)蓋等。歷經(jīng)多年的技術(shù)創(chuàng)新與磨礪， 圣疊磨具成功研發(fā)并建成了千頁輪、頁盤生產(chǎn)線以及玻纖基體生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了砂布拋光磨具的規(guī)模化生產(chǎn)。
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