小材料大应用！金刚石热沉片将迎来市场爆发期！

金刚石以其优异的性能在高端制造业如精密工具、耐磨零件、光学元件涂层、电子产品配件加工等领域有广泛应用。此外金刚石不光是“工业牙齿”，还是“终极半导体”。人造金刚石的性能已与天然金刚石的性能接近，通过CVD法制造的金刚石膜主要有以下四种应用：

1、工具和摩擦磨损应用：目前的工具级金刚石膜产品，基本上限于修整条和拉丝模芯，替代天然金刚石，且受到PCD的竞争，因此市场规模不会很大。精密切削刀具曾被认为是一个很好的市场方向，但却面临在高端的天然和合成金刚石单晶刀具和位于低端的PCD刀具的夹击，且由于多晶金刚石膜的柱状晶特征，只适合于制作中低端的刀具，在产品定位和性价比上很难发挥优势。金刚石薄膜涂层工具由于应用面广，制备成本低，还有很大的发展余地。但目前国内市场还仅限于大尺寸深孔硬质合金拉丝模。金刚石膜涂层硬质合金金属切削刀具仍然没有大批量面市。

2、热学应用：金刚石膜的热导率在所有已知材料中最高，是铜、银的5倍，又是良好的绝缘体，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成电子器件的理想散热材料采用金刚石热沉（散热片）的大功率半导体激光器已经用于光通信，在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等方面都有应用。未来，潜在市场规模很大，随着新能源汽车、新能源光伏、激光器、军工武器等领域的应用不断扩展，金刚石热沉片将迎来市场爆发期。

3、电子学应用：由于大面积金刚石膜异质外延一直未能取得突破，以及在n-型掺杂方面的困难，金刚石高温半导体已不再是当前高温半导体研究的主流。虽然SiC的半导体性能远比不上金刚石，但大尺寸SiC单晶却比金刚石更容易生长，且和现有的硅半导体技术具有更好的兼容性。因此当前国内外SiC是研究的主流，而不是金刚石是一个合理的选择。

4、光学应用：在极端应用环境下，CVD金刚石膜具有明显的优势，个别情况下可能是唯一的选择。问题在于实际的应用对于金刚石自支撑膜的质量（要求光学极），尺寸和厚度，形状（比如球罩），以及应用环境都十分苛刻。技术难度非常人可以想象。在过去10年中，由于现有材料如蓝宝石(3-5μm中波红外窗口材料)和ZnS (8-12μm长波红外窗口材料)基本上能够满足应用要求，因此没有把光学级金刚石膜的工程应用放到议事日程。进入“十二五”以后，才发现针对未来技术的发展，金刚石膜在某些重要应用领域成了几乎唯一的选择。但由于长期以来没有足够的资金支持，现在想要在短期内实现光学级金刚石膜的工程应用，谈何容易。无论如何，这为CVD金刚石膜研究注入了新的活力。但从产业化的角度来看，市场规模不会很大。

综上金刚石可分为四类，包括：电子级、光学级、工具级和热沉级。电子级主要用于量子通讯、超级计算机等，光学级用于光学窗口，工具级主要用于刀具表面涂层，而热沉级主要作为高功率器件的散热材料。

金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料，它是继硅（Si）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）等之后的重要半导体材料之一，金刚石热沉片可用于重要的半导体器件，在生物检测和医疗、平板显示、环保工程、功能器件等多个高新技术领域都有巨大的应用潜力。其优异的性能可归纳如下：

（1）极高的介质击穿特性：击穿电场为107V/cm，是GaAs材料的50倍，GaN材料的2倍，SiC材料的2.5倍。

（2）极高的功率容量：金刚石容许的功率使用容量是Si材料的2500倍以上；特别适合制作大功率电子器件。

（3）极高的热传导：室温下金刚石具有最高的热导率，是铜的5倍。

（4）低的介电常数：金刚石的介电常数为5.7，约为GaAs的1/2，比InP的一半还小，也就是说，在给定的频率下，金刚石半导体具有可竞争性的容性负载，这为毫米波器件的设计提供了极大的方便。

（5）高饱和载流子速度：金刚石的饱和载流子速度是GaAs、Si或InP的12.7倍，而且载流子速度比GaAs的峰值还要大，即在电场强度增加时也可维持其高的速率。

（6）高载流子迁移率：无论是电子迁移率还是空穴迁移率都优于其他半导体材料，金刚石电子迁移率为4500cm2/（V·s），而Si为1600cm2/（V·s），GaAs为800cm2/（V·s），GaN为600cm2/（V·s）；金刚石的空穴迁移率为3800cm2/（V·s），而Si为600cm2/（V·s），GaAs为300cm2/（V·s），GaN小于50cm2/（V·s），因而，金刚石可以制作高频电子器件。

（7）极高的品质因数：通常，品质因数由饱和载流子速度和介电强度确定。如以Si的品质因数为1作为基准，那么GaAs的品质因数为7，InP的品质因数为16，SiC的品质因数为1138，金刚石的品质因数为8206。当其品质因数用于判断逻辑电路的潜力时，介电常数、饱和载流子速度和热导率是判据，如Si的判据为1，则GaAs为0.456，SiC为5.8，金刚石为32.2，因此，在理论上，金刚石最适合于集成电路使用。

（8）优良的光学特性：金刚石不仅具有优异的电学特性，而且有优良的光学特性。金刚石除在紫外和红外的某些波段存在本征吸收外，在整个光谱波段（紫外、可见光、红外）均透明，并有不寻常的高折射率，因此，金刚石是最理想的光学窗口材料。

（9）极高的硬度和极高的化学稳定性：金刚石不仅具有结构致密、耐磨、低摩擦因数和极高的硬度，而且在大多数环境下都是绝对稳定，耐化学腐蚀的。