中國(guó)粉體網(wǎng)訊 20年前，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過(guò)一種簡(jiǎn)單的方法，將石墨片從高定向熱解石墨上剝離，然后將片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶后，石墨片就可以一分為二，如此反復(fù)操作，最終得到一個(gè)只有一層碳原子的薄片，即石墨烯。
而在最近，香港大學(xué)電機(jī)與電子工程系褚智勤教授、香港大學(xué)機(jī)械工程系林原教授、南方科技大學(xué)李攜曦（Kwai Hei Li）助理教授、北京大學(xué)東莞光電研究院王琦教授等使用膠帶進(jìn)行邊緣剝離，進(jìn)而得到超薄多晶金剛石薄膜。
這種方法能夠大量制備大面積（2英寸晶圓）、超�。▉單⒚缀穸龋�、超平整（表面粗糙度低于納米）、超柔性（可360°彎曲）的金剛石薄膜。制備的高品質(zhì)薄膜具有平坦的可加工表面，能夠允許進(jìn)行微納加工操作，超柔性特點(diǎn)使得能夠直接用于彈性應(yīng)變工程，以及變形傳感應(yīng)用，這是更厚的金剛石薄膜無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究，表明剝離薄膜的品質(zhì)取決于剝離的角度和膜厚度，而且能夠在優(yōu)化的操作窗口穩(wěn)健的制備大面積且基本保持完整的金剛石薄膜。這種一步得到金剛石薄膜的方法為大規(guī)模制備高品質(zhì)金剛石薄膜提供路徑，有可能加快金剛石材料在電子學(xué)、光子學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用。
一步剝離金剛石薄膜圖
制備過(guò)程
通過(guò)微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）法在Si基底生長(zhǎng)薄層金剛石薄膜。通過(guò)控制生長(zhǎng)時(shí)間，能夠獲得厚度不同的金剛石薄膜。首先用劃線筆在硅片的背面刻畫邊緣，因此將金剛石-基底的界面暴露。這個(gè)暴露的邊緣對(duì)于剝離完整的大面積金剛石薄膜非常重要。將透明的膠帶貼在薄膜的頂部，并且沿著切割邊緣拉伸，能夠剝離得到厚度1μm的完整2英寸金剛石薄膜。
通過(guò)光學(xué)成像測(cè)試，表明剝離得到的2英寸金剛石薄膜具有優(yōu)異的光學(xué)透光性和結(jié)構(gòu)完整性。而且，對(duì)不同厚度（200-800nm）的金剛石薄膜都能進(jìn)行剝離。與現(xiàn)有30年的工作相比，這項(xiàng)研究首次大規(guī)模制備晶圓尺寸的金剛石薄膜。
此外，市售的在Si或者M(jìn)o基底上生長(zhǎng)的金剛石薄膜同樣能夠使用這種方法剝離。將膠帶在食人魚溶液（濃硫酸和30%過(guò)氧化氫的混合物（7:3））溶解后，單獨(dú)的金剛石薄膜能夠集成到各種載體上，包括GaN、MoS2、柔性PDMS，展示了這種方法具有廣泛的應(yīng)用前景。
金剛石薄膜的特性及應(yīng)用領(lǐng)域
這種邊緣暴露剝離方法簡(jiǎn)單快速的制備可轉(zhuǎn)移的晶圓尺寸的金剛石薄膜，能夠得到超平整和超薄的金剛石薄膜。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到最好的剝離操作窗口，通過(guò)理論計(jì)算分析為工業(yè)產(chǎn)品的制備提供指導(dǎo)。此外，這個(gè)方法能夠規(guī)�；�，能夠兼容不同厚度和尺寸。與單晶塊體金剛石不同，這種金剛石薄膜具有類似的光學(xué)性質(zhì)（450nm光的折射率為2.36），導(dǎo)熱率（1300W m-1 K-1），電阻率（1010Ω）。與其他方法不同，這種方法得到的金剛石薄膜具有優(yōu)異的平整度（粗糙度<1nm），因此能夠用于精細(xì)的微制備和納米制備工藝。金剛石薄膜能夠容忍形變（4%的應(yīng)力），厘米大小的金剛石薄膜具有宏觀的彈性應(yīng)變，在下一代金剛石電子產(chǎn)品（場(chǎng)效應(yīng)晶體管、p–n結(jié)二極管）、光子學(xué)器件（拉曼激光器、紫外探測(cè)器、金屬透鏡和超表面的平面光子器件、環(huán)形和腔諧振器的光子結(jié)構(gòu)、波導(dǎo)、納米柱）、力學(xué)器件（例如機(jī)械懸臂、微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備）、熱學(xué)器件（片上散熱器）、聲學(xué)器件（表面聲波濾波器、平面聲學(xué)超材料）和量子技術(shù)器件（可擴(kuò)展和可定制的設(shè)備）具有前景。
參考來(lái)源：
納米人公眾號(hào)
Jing, J., Sun, F., Wang, Z. et al. Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membrane. Nature 636, 627–634 (2024).
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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