中國粉體網訊 金剛石作為一種超寬禁帶半導體材料，具有高熱導率、高擊穿電壓、高載流子遷移率、高載流子飽和漂移速率、高Johnson系數、高Keyse系數、高Baliga系數和低介電常數等。而基於金剛石的半導體器件能夠實現高反向耐壓的同時兼具低正向導通電阻，因此金剛石被公認為理想的下一代功率器件材料，在電動汽車、光伏、軍工等領域具備巨大的應用前景 。
金剛石主要性質
金剛石的結構
在晶體學中，金剛石結構又稱為金剛石立方晶體結構（diamond cubic lattice structure），原型是金剛石。在金剛石晶體中，每個碳原子都以sp3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。金剛石立方晶體結構中最小的碳環是六元環，最小的閉合碳環是十元環。閉合的十元碳環非常重要，它是構成晶胞的主要碳環，它的6個碳原子位於晶胞的6個面心，其餘4個位於晶胞的內部，而另一個碳原子是晶胞的4個頂點。4個頂點的對角點就是四面體的另外4個頂點，十元環的對角線就是晶胞的棱長。
這種晶胞結構使金剛石具有自然界中最大的原子密度176 atoms/nm3以及最小的壓縮率，使金剛石成為世界上最硬的物質,並在熱學、電學、光學等多個方面表現出優異性質。
金剛石的晶體結構
金剛石的力學性質
由於碳原子半徑小，碳原子之間形成的共價鍵鍵能大、鍵長小、穩定性高，從而使金剛石具有世界上最高的硬度(約為1×104kg/mm2)，是GaN的5倍，SiC的3~4倍，Si的10倍。金剛石被廣泛應用於工業生產及加工過程中，可以被作為切削各種硬、脆材料及高硬度高韌性金屬材料的刀具刀頭、石油鉆井鉆頭或勘探鉆頭以及超硬磨料。同時,金剛石的摩擦系數極低，可以用於制作金屬絲拉絲模等，被稱為“工業牙齒”。
金剛石的熱學性質
在熱學性能方面，金剛石導熱率可達到2000 W/(m•K)，這一數值約為GaN和Si的20倍。室溫條件下金剛石具有極低的熱膨脹系數（約0.8×10-6/K），這代表在受熱膨脹與冷卻收縮過程中良好的形態保持能力，成為解決散熱問題至關重要的熱管理材料。
金剛石的光學性質
金剛石與常規的窗口材料及透鏡材料相比，具有寬廣的電磁波透過范圍，除本征吸收帶外，金剛石均具有極高的透過性。因此可以作為各種極端條件下的理想窗口材料，如激光窗口、高功率微波窗口、拉曼激光等。
金剛石的電學性質
金剛石同樣是非常優秀的超寬禁帶半導體材料，在半導體應用方面有極大的應用潛力，其電子遷移率可達到4500cm2/V-1·s-1，是GaN及Si的兩倍以上，空穴遷移率可達到3800cm2/ V-1·s-1，是Si的五倍以上，擊穿電壓可達到1×107V·cm-1，是GaN擊穿電壓的五倍。相較於目前廣泛應用的半導體材料更能適應高功率、高環境溫度、高輻射甚至極端條件下的工作環境。
金剛石的化學性質
金剛石具有良好的化學穩定性，常溫常壓條件時幾乎不與任何酸、堿發生化學反應，這是由於其內部各碳原子間由穩定的共價鍵相互連接所形成。良好的化學惰性、非磁性、無毒性、親油疏水性以及生物兼容性等使金剛石在作為醫學植入體方面有著良好的應用潛力。
參考來源：
1.新華網
2.謝文良：單晶金剛石MPCVD外延生長的關鍵問題研究.吉林大學
（中國粉體網編輯整理/輕言）
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