中國粉體網(wǎng)訊 金剛石作為一種超寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高熱導(dǎo)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(shù)、高Keyse系數(shù)、高Baliga系數(shù)和低介電常數(shù)等。而基于金剛石的半導(dǎo)體器件能夠?qū)崿F(xiàn)高反向耐壓的同時兼具低正向?qū)娮�，因此金剛石被公認(rèn)為理想的下一代功率器件材料，在電動汽車、光伏、軍工等領(lǐng)域具備巨大的應(yīng)用前景 。
金剛石主要性質(zhì)
金剛石的結(jié)構(gòu)
在晶體學(xué)中，金剛石結(jié)構(gòu)又稱為金剛石立方晶體結(jié)構(gòu)（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(gòu)成正四面體。金剛石立方晶體結(jié)構(gòu)中最小的碳環(huán)是六元環(huán)，最小的閉合碳環(huán)是十元環(huán)。閉合的十元碳環(huán)非常重要，它是構(gòu)成晶胞的主要碳環(huán)，它的6個碳原子位于晶胞的6個面心，其余4個位于晶胞的內(nèi)部，而另一個碳原子是晶胞的4個頂點(diǎn)。4個頂點(diǎn)的對角點(diǎn)就是四面體的另外4個頂點(diǎn)，十元環(huán)的對角線就是晶胞的棱長。
這種晶胞結(jié)構(gòu)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(zhì),并在熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等多個方面表現(xiàn)出優(yōu)異性質(zhì)。
金剛石的晶體結(jié)構(gòu)
金剛石的力學(xué)性質(zhì)
由于碳原子半徑小，碳原子之間形成的共價鍵鍵能大、鍵長小、穩(wěn)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(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)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(shù)極低，可以用于制作金屬絲拉絲模等，被稱為“工業(yè)牙齒”。
金剛石的熱學(xué)性質(zhì)
在熱學(xué)性能方面，金剛石導(dǎo)熱率可達(dá)到2000 W/(m•K)，這一數(shù)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(shù)（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(tài)保持能力，成為解決散熱問題至關(guān)重要的熱管理材料。
金剛石的光學(xué)性質(zhì)
金剛石與常規(guī)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(xué)性質(zhì)
金剛石同樣是非常優(yōu)秀的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，在半導(dǎo)體應(yīng)用方面有極大的應(yīng)用潛力，其電子遷移率可達(dá)到4500cm2/V-1·s-1，是GaN及Si的兩倍以上，空穴遷移率可達(dá)到3800cm2/ V-1·s-1，是Si的五倍以上，擊穿電壓可達(dá)到1×107V·cm-1，是GaN擊穿電壓的五倍。相較于目前廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料更能適應(yīng)高功率、高環(huán)境溫度、高輻射甚至極端條件下的工作環(huán)境。
金剛石的化學(xué)性質(zhì)
金剛石具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，常溫常壓條件時幾乎不與任何酸、堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是由于其內(nèi)部各碳原子間由穩(wěn)定的共價鍵相互連接所形成。良好的化學(xué)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(yī)學(xué)植入體方面有著良好的應(yīng)用潛力。
參考來源：
1.新華網(wǎng)
2.謝文良：單晶金剛石MPCVD外延生長的關(guān)鍵問題研究.吉林大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）
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