港大新招製鑽石膜 可改變半導體製造工藝

香港文匯報訊（記者 楊盈盈）鑽石又稱金剛石，除了是珍貴寶石也是一種多功能的工程材料，可說是先進電子和光學元件的理想材料，但其堅硬的晶體結構為工業製造帶來重大挑戰。香港大學與內地學者的聯合團隊，成功開發突破性的方法，可大量製造厚度只有1微米的超薄、超柔韌鑽石膜，更能在10秒內生產出一個兩英寸的金剛石晶圓，提供了前所未有的效率和規模化。這些薄膜與現有的半導體製造技術兼容，原則上可以製成各種電子、光子、機械、聲學和量子器件，有巨大商業化潛力改變半導體製造工藝。

鑽石在室溫下有極高的熱傳導性能，同時兼具極高的載流子遷移率，介電擊穿強度，超寬的半導體禁帶寬度以及從紅外到深紫外的光學透明性，使其成為製備高頻高功率電子元件、先進光學元件，以及冷卻高功率密度電子元件的理想材料，例如適用於處理器、半導體激光器和電動汽車的元件等，但在製造技術上面對難以有效生產的問題，尤其是薄膜形式，大大限制了其廣泛使用。

針對此一情況，港大電機及電子工程學系副教授褚智勤與機械工程系教授林原，聯合南方科技大學深港微電子系助理教授李携曦，以及北京大學東莞光電研究院教授王琦的團隊，提出邊緣暴露剝離法，能夠快速生產大尺寸的獨立金剛石薄膜。

10秒可產出兩英寸金剛石晶圓

褚智勤和林原昨日介紹，對比昂貴、耗時且受尺寸限制的傳統技術，新技術可更有效率地在10秒內生產出一個兩英寸的金剛石晶圓，成本只需要1,000港元，另可生產尺寸達12英寸的樣品。

褚智勤解釋，傳統工業常用的金剛石，是利用高溫高壓或化學氣相沉積技術，以碳元素生成，一般生成厚度5,000微米左右的塊體，過程需要約一個星期；而在新技術下，金剛石的生成厚度只有1微米，意味所需時間也大大縮減，成本也因此下降了3個數量級。

可用於紫外探測器等

團隊又透過比較獲取光滑金剛石薄膜的各種方法，包括表面拋光、生長優化和犧牲基底，研究出能製造出表面超平坦的金剛石膜的關鍵優勢技術，對高精度微納製造尤其重要。同時，平坦的金剛石膜具備巨大柔性，能為下一代可穿戴電子和光子設備提供新的可能性。

團隊預期，新技術可廣泛應用於電子學的場效應晶體管，光子學的紫外探測器，微機電系統器件，晶元散熱器，平面聲學超材料，以至量子技術等領域。

褚智勤表示，已將這項創新技術於所有跟半導體製造工藝相關的國家和地區註冊專利，希望能促進高質量金剛石膜在不同領域的應用，並將之商業化推出優質的金剛石薄膜產品，為業界樹立新標準。

他補充，金剛石是一種非常好的熱傳導材料，比日常生活中常使用的銅的熱導率多6倍左右，證明其散熱能力佳，如果以金剛石代替銅使用，就可以大大提升原本器件的功率。

團隊表示，有意與學術以及產業夥伴合作，期望將這項革命性的產品推向市場，以加速金剛石製造時代的到來。