金刚石微波功率场效应晶体管

<正>金刚石材料具有高热导率、高击穿场强、高硬度等众多的优异特性,在机械加工、光学系统、核探测器、声表器件、电力电子器件及大功率微波器件等众多领域具有重要的应用价值。由于现实及潜在的巨大军事、经济和技术价值,金刚石材料已经成为21世纪的战略材料之一。受制于金刚石材料外延生长以及材料掺杂技术的制约,一直以来金刚石微波功率器件性能提升非常缓慢。在频率性能方面,虽然2006年金刚石微波器件的电流增益截止频率f_T突破了45GHz,但到2012年器件的f_T也仅提升至53 GHz。在功率性能方面,金刚石微波功率器件在2 GHz下输出功率密度至今依然低于300 mW/mm。     

高温半导体器件的研究现状

金刚石和碳化硅的热特性及电特性决定了它们在电子器件半导体材料中具有最高的材料优质系数，特别适用于在高温环境中应用。本文重点或介绍了金刚石、ＳｉＣ的材料特性、薄膜生长技术和最近器件的研究结果，同时给出了目前存在的问题及解决这些问题的方法。     

用XPS对合成金刚石薄膜的评价

金刚石薄膜有极高的硬度,是一种高耐磨的材料。在机械、冶金、钻探等方面有广泛的应用前景,可作为切削刀具、钻头等工具涂层;金刚石薄膜对可见、红外光透明,高导热,可作为大功率激光窗口材料;对金刚石薄膜进行特定的掺杂,可制得具有优良特性的P型和N     

硼/氢掺杂金刚石薄膜导电特性研究

金刚石是非常理想的功能器件材料,由于室温下金刚石缺少浅施主态,已成为金刚石作为电子器件材料的主要障碍之一.最近报道显示,硼掺杂同质外延金刚石层暴露在氘离子束中能形成浅施主态的n型电导.研究了CVD合成类Ⅰb型金刚石薄膜,通过硼、氢离子注入掺杂及退火温度对金刚石薄膜导电特性的影响.     

宽禁带半导体金刚石材料与功率器件

本文介绍宽禁带半导体金刚石材料的结构、物理特性、器件结构和制备工艺，并根据材料的特性参数，给出金刚石功率器件频率与功率性能预测，与Ｓｉ，ＧａＡｓ等材料进行了比较。最后指出金刚石半导体器件实用研究作方向。     

用CVD法合成金刚石薄膜

金刚石是很有名的轴承材料,具有很多极其重要的特性,如极高的硬度、很高的导热性、很高的透光性、很高的电阻率,若掺杂适当,人造金刚石将成为很有用途的半导体材料.在机械、电子、光学等方面,都有极其广泛的应用.几年来,制造人造金刚石的材料,仅限于氢、碳氢化合物,如甲烷、乙炔、已炔等.这些材料的生长速度很慢,约0.2～1μm/h.     

有磁场的等离子体CVD法合成金刚石

最近几年,金刚石由于具有出色的物理性能和化学性能,除了期待它在工具、研磨材料上的应用之外,还期待它在半导体材料、光学材料、热沉、音响材料等方面得到应用,特别是现在能用气相合成法很容易制成多晶金刚石薄膜,这些方面的应用研究也就更进一步了。把金刚石薄膜用作这样的材料时,除了高速成膜之外,需要大面积、均匀成膜。本文叙述的     

金刚石减反射微纳结构制备技术研究进展

高透过率的窗口材料是光电系统高精度和稳定性的重要保障。金刚石材料集优良的光学特性以及高热导率、低热膨胀系数等特性于一身，是性能优异的宽波段窗口材料。但金刚石在可见光及红外波段的高折射率限制了它的进一步应用，构筑减反射微纳结构抑制金刚石表面反射损耗是较为有效的方法之一。本文综述了近年来金刚石减反射微纳结构的研究进展，着重介绍了微纳结构的减反射机理以及激光加工和离子刻蚀两类加工方式的基本原理及工艺条件，总结了两种方式制备的表面微纳结构对金刚石透过率的影响，对比了各类制备技术的优缺点，并简单介绍了金刚石的应用前景，旨在为相关领域的研究人员提供技术参考。     

MPCVD生长半导体金刚石材料的研究现状北大核心

简要介绍了半导体金刚石材料优异的电学和光学性质、主要制备方法以及采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在制备高质量半导体金刚石材料方面的优势。重点就MPCVD技术在半导体金刚石材料的高速率生长、大尺寸生长、高质量生长以及电学掺杂等四个方面的研究现状进行了详细总结。详细探讨了目前半导体金刚石材料在大尺寸单晶金刚石衬底制备、高质量单晶金刚石外延层生长以及金刚石电学掺杂等方面还存在的一些基本问题。指出在大面积单晶金刚石衬底还没有实现突破的情况下,半导体金刚石材料和器件结构的生长模式。     

碳基射频电子器件研究进展

以三维体材料金刚石、二维材料石墨烯和准一维材料碳纳米管为代表的碳基电子材料,分别拥有超宽禁带、超高载流子迁移率、优异的导热性能和机械特性,以及独特的低维结构带来的各种量子效应,在射频大功率、高线性、太赫兹以及光电混频等器件领域,具有技术提升的巨大潜力。分别介绍了这三种典型碳基材料的基本电学特性,聚焦金刚石微波功率器件、石墨烯高频器件和电路以及碳纳米管高线性器件和电路,分析了从材料至器件层面的优势和挑战,并展望了碳基材料成为下一代半导体功能材料的前景。     

高功率金刚石激光技术研究进展（特邀）

金刚石拥有已知材料中最高的热导率、低的热膨胀系数、高度的化学惰性及优异的光学性能,使其能够在机械、光学和材料学等领域满足诸多极端条件的应用需求。近年来随着化学气相沉积制备工艺的提高,使得人造金刚石的光学品质得到快速提升,光学级的金刚石晶体因此也以其优异的拉曼和布里渊特性表现出优异的功率提升、相干性增强以及频率转换能力,并推动金刚石激光器在极大程度上克服了基于传统工作物质的粒子数反转激光器存在的热效应、以及波长和输出功率难以兼顾的难题。文中总结了高功率金刚石激光技术的研究进展,并对金刚石激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。     

军用纳米金刚石膜的研究与应用综述

对金刚石膜(及类金刚石膜)与传统光学材料的特性作了比较,分析了美军对于金刚石膜军用光学应用的需求以及金刚石膜在现有高科技武器装备中的应用前景,介绍了研制纳米金刚石膜的关键技术问题(主要是CVD和PLD方法)以及国内外研究和应用现状。     

飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用（特邀）

多年来,硅和锗一直被认为是合适制造探测器和集成光电器件的半导体材料。然而,与金刚石基器件相比,这种四价半导体的抗辐射损伤能力较差,而且在恶劣条件或高强光辐照下,器件的稳定性较差。近年来,金刚石因其优异的光学与力学性能,在集成光子学、传感和量子光学等领域展现了巨大的应用前景。利用激光诱导金刚石微纳结构为开发金刚石上的三维光互联器件、全碳探测器、石墨电阻以及单光子源的实现提供了一种有潜力的制备方法。阐述了飞秒激光诱导金刚石色心形成、石墨化和折射率变化的物理机制,在此基础上,进一步探究了飞秒激光诱导金刚石微纳结构在单光子源、传感器和光波导等方面的应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

纳米碳管及相关材料的电性能

碳管是Ｃ原子按一定的排列方式形成一封闭的结构，构成有别于金刚石和石墨的Ｃ的第三种分子形式。１９９１年日本发现了碳管的一种形式——纳米碳管。这类材料具有特殊的力学、化学、磁学、电学等性能。笔者综述纳米碳管及相关材料的电学性能及应用前景，指出这类材料近期有望在复合材料中得到应用，而运用到电子工业尚需较长的时间     

Thermal properties of diamond/copper composite material

Thermal considerations are becoming increasingly important for the reliabilities of the electronics parts as the electronics technologies make continuous progress such as the higher output power of laser diodes or the higher level of integration of ICs. For this reason the desire for improving thermal properties of materials for electronics component parts is getting stronger and the material performance has become a critical design consideration for packages. To meet the demands for a high performance material for heat spreader materials and packages, a new composite material composed of diamond and copper was successfully manufactured under high pressure and high temperature. The effects of diamond particle sizes and the volume fractions of diamond on both thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion (CTE) were investigated. The thermal conductivity of the composite material was dependent on both the particle size and the volume fraction of diamond, while the CTE was dependent only on the volume fraction of diamond. At the higher diamond volume fraction, the experimentally obtained thermal conductivities of the composite materials were above the theoretically expected values and the experimentally obtained CTE were between the two theoretical Kerner lines. This may be due to the fact that at the higher diamond volume fraction the diamond particles are closely packed to form bondings between each particle. The composite of diamond and copper have a potential for a heat spreading substrate with high performance and high reliability because not only its thermal conductivity is high but its coefficient of thermal expansion can be tailored according to a semiconductor material of electronics devices.     

Processing and properties of CVD diamond for thermal management

One of the many remarkable properties of diamond is its thermal conductivity, about five times that of copper and the highest of all known materials. The high thermal conductivity in combination with the relative ease of diamond film growth by chemical vapor deposition process makes the material suitable for many applications such as thermal management in high power electronic circuits. For thermal managements applications, various processing steps are needed for the diamond films, such as the metallization for reliable solder bonding, metallurgical processes for planarizing of the faceted growth surface and removal of fine-grained diamond regions with poor thermal conductivity. This paper will review the properties and processing of diamond films for thermal management applications.     

Effect of different types of carbon on microstructure and arcing behavior of Ag/C contact materials

Silver-carbon (Ag/C) contact materials with different types of carbon, including diamond, graphite, carbon black, and carbon nanotubes were fabricated by high-energy ball milling and hot-pressing. Their microstructures, arcing properties, and stability of the carbon structures were investigated. The results show that Ag/C nanotubes material displays a scallop-like morphology, which is significantly different from the microstructure of other Ag/C materials with dispersed particles. During the process of discharge, the diamond and carbon black in Ag/C materials are partially graphitized, while the morphology and crystal structure of graphite component have little change, indicating the graphite structure of Ag/C materials is the most stable of all.     

高导热金刚石/玻璃复合材料的制备和性能研究

首先对金刚石颗粒进行化学镀Cu,并控制氧化,从而在金刚石颗粒表面获得Cu-Cu2O复合结构。然后,在800℃无压烧结制备了金刚石/玻璃复合材料,观察了其表面和界面形貌,并测定了其相对密度和热导率。结果表明,通过对镀Cu金刚石的控制氧化,明显改善了玻璃对金刚石颗粒表面的润湿性,避免了玻璃对金刚石颗粒表面的侵蚀,提高了复合材料的热导率;复合材料的热导率随金刚石含量的增加而增加,当金刚石质量分数为70%时,热导率最高达到了14.420W/(m·K)。     

金刚石膜在真空电子器件输出窗中的应用

综述了金刚石膜的性能和制备方法，着重介绍丁国内外常用的封接工艺，讨论了该材料在mm波器件中的应用前景。     

CVD金刚石（膜）制备技术及应用进展

化学气相沉积（CVD）方法是金刚石（膜）制备的主流技术,经过多年的发展,已从最初的微米金刚石膜发展到纳米金刚石膜,至目前高质量的单晶金刚石,应用领域不断扩展。除了工业和民用领域外,纳米金刚石膜在MEMS／NEMs、生物医学的应用进展引起业界关注,其中大尺寸单晶金刚石的制备是推动这些应用的关键。本文分析了MPCVD金刚石成膜特点,讨论了现阶段CVD金刚石膜商业化推广应用的制约因素,展望了今后金刚石膜的发展前景。