近日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)發(fā)布了2025年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，“創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苽淙嵝猿浇饎偸∧ぁ比脒x。這一方法有望加速金剛石薄膜在下一代高性能電子、柔性光電子和量子技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

  金剛石被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體材料”，其導(dǎo)熱率是銅的5倍，耐電壓強(qiáng)度是硅的30倍，電子遷移率比現(xiàn)有半導(dǎo)體快10倍，這些極致性能使其成為5G基站、電動(dòng)汽車功率芯片、量子計(jì)算等尖端領(lǐng)域的理想材料。然而，天然金剛石資源稀缺、成本高昂，傳統(tǒng)人工合成的金剛石難以突破尺寸與加工瓶頸，嚴(yán)重制約了金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

  面對(duì)這一挑戰(zhàn)，來(lái)自香港大學(xué)、南方科技大學(xué)、北京大學(xué)東莞光電研究院的研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，創(chuàng)造性地開發(fā)出“邊緣暴露剝離法”，實(shí)現(xiàn)英寸級(jí)柔性超薄、超平整金剛石薄膜的規(guī)?；苽?。

  圖片來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)

  研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人、香港大學(xué)工程學(xué)院副教授褚智勤介紹，該技術(shù)的核心在于精確調(diào)控金剛石生長(zhǎng)過(guò)程中的界面應(yīng)力，結(jié)合巧妙的切邊工藝，實(shí)現(xiàn)了薄膜的完整剝離?！巴ㄋ椎刂v，就像在玻璃表面貼上透明膠帶，通過(guò)精巧設(shè)計(jì)能讓金剛石膜像便利貼一樣被完整撕下，徹底顛覆了傳統(tǒng)打磨減薄的加工模式?！?/p>

  這項(xiàng)技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了三個(gè)突破：一是將制備2英寸晶圓的時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至10秒，實(shí)現(xiàn)了從手工雕刻到機(jī)械化生產(chǎn)的跨越；二是薄膜厚度達(dá)到亞微米級(jí)，不足頭發(fā)絲的百分之一，表面平整度進(jìn)入原子級(jí)別；三是金剛石膜展現(xiàn)出前所未有的柔性，可360度彎曲。

  在科學(xué)層面，該研究首次揭示金剛石與襯底界面應(yīng)力的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制，建立薄膜剝離的數(shù)學(xué)模型，為其他超硬材料加工提供新范式；發(fā)現(xiàn)了亞微米厚度下金剛石的彈性變形機(jī)制，突破傳統(tǒng)斷裂力學(xué)理論預(yù)測(cè)；實(shí)現(xiàn)從原子級(jí)生長(zhǎng)控制到厘米級(jí)制造的跨尺度整合。

  “這項(xiàng)工作應(yīng)用前景廣闊：在生命健康方面，柔性金剛石薄膜生物相容性好，有望制成可植入人體的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生理指標(biāo)；太空探索中，金剛石膜材料在-200℃至800℃極端溫度下穩(wěn)定工作的特性，使其成為深空探測(cè)器的理想核心材料。”褚智勤說(shuō)。

  這項(xiàng)技術(shù)為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開辟了全新賽道，目前，研究團(tuán)隊(duì)已建成小試生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)英寸級(jí)晶圓量產(chǎn)，這是金剛石半導(dǎo)體技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的重要一步。

  策劃：陳芳

  統(tǒng)籌：吳晶、孫聞

  記者：溫競(jìng)?cè)A、胡喆、劉禎

  新華社國(guó)內(nèi)部出品