由于其超高硬度，人造金刚石已广泛应用于先进制造和机械工程。另一方面，作为一种超宽带隙半导体，金刚石由于其出色的物理性能，最近在电子工业中显示出巨大的潜力。然而，与硅基电子产品一样，金刚石的电气性能应该经过良好的调制，然后才能实际用于电子设备。
近日，香港城市大学陆洋教授与合作者简要回顾了生产高质量电子级人造金刚石的最新进展，以及几种典型策略，从传统的元素掺杂到新兴的“弹性应变工程”（ESE），用于调整微加工金刚石的电气和功能特性。作者还简要展示了金刚石的一些器件应用演示，并概述了阻碍金刚石作为功能器件进一步实际应用的一些剩余挑战，并为未来的功能性金刚石发展提供了一些展望。
相关成果以“Tuning diamond electronic properties for functional device applications”为题发表在 Functional Diamond 上。
作为自然界中最坚硬的材料，金刚石已广泛应用于先进制造和模具行业。最近在制造高质量单晶金刚石方面的进展也带来了前所未有的机遇，由于其出色的电学性能和性能指标，金刚石作为宽带隙半导体的功能器件应用。电子级金刚石的需求不断增长，推动了人造金刚石的研发（R&D），尤其是用于增长晶圆级电子级SCD的最新CVD技术。
不含掺杂的本征金刚石由于其超宽带隙而表现出电绝缘行为。因此，在将金刚石应用于电子设备之前，需要对其进行调节。研究人员提出了包括元素掺杂、表面改性、相工程和应变工程在内的一系列策略，并对此进行了综述。还介绍了金刚石的器件应用。此外，NV中心在金刚石中的特定性质为金刚石在量子信息和量子传感应用中的应用带来了光明的未来。
调节金刚石电性能的策略：元素掺杂、表面工程、相工程、应变工程和缺陷工程
最后，尽管金刚石作为一种有前途的电子材料具有很大的潜力，但仍有许多挑战需要解决。对于大尺寸（达到晶圆规模）和高质量金刚石的生长，挑战包括提高晶体质量（单晶度），降低表面粗糙度和内部缺陷，在不影响尺寸和质量的情况下提高生长速度，以及开发用于应变工程和器件集成的均匀外延生长技术。对于应变工程器件的金刚石平面加工技术的发展，一些困难包括控制晶体取向、精确的几何形状以及表面形貌和形貌。而实现高导电率金刚石的高效n型掺杂是金刚石微电子应用的另一个挑战。随着该领域的快速发展，这些问题将逐渐得到解决，我们将在不久的将来见证功能性金刚石应用的兴起。
来源：Functional Diamond