【港大突破】5吋超硬鑽石晶圓誕生！硬度2倍於傳統 陸洋教授團隊研發劃時代半導體材料

香港大學工程學院機械工程系陸洋教授與北京科技大學李成明教授領導的團隊，成功研製出直徑達5英吋的超硬鑽石（金剛石）晶圓，其硬度超過200 GPa，較傳統人造金剛石硬度倍增，厚度僅3毫米。這項重大科研突破為超硬鑽石在精密加工、半導體技術及航空航天工程等高規格應用領域的發展，奠定了重要基礎。

鑽石被譽為半導體材料的「終極形態」，在導熱和耐輻射性能上遠超硅和碳化硅等傳統材料。然而，傳統的高溫高壓（HPHT）及化學氣相沉積（CVD）技術在製造大尺寸同時保持高硬度的鑽石晶圓方面面臨瓶頸。

為此，研究團隊創新採用「微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）」技術，並結合高頻循環脈衝氮摻雜工藝。這種方法在金剛石生長過程中創造動態非平衡環境，透過高頻交替加入氮源，使等離子體活性基團組成和生長溫度在極短時間內波動，打破了傳統穩定生長模式的限制。這種動態調控機制有效促進特殊微觀結構形成，為大規模生長超大尺寸超硬材料提供了新途徑。

測試結果顯示，新研製的晶圓耐磨性是普通多晶金剛石的7倍，維氏硬度高達208.3 GPa，能在單晶金剛石表面留下清晰劃痕。電子顯微鏡分析發現，晶圓內部形成了密度極高的三維互鎖堆垛層錯網絡結構，有效抑制了位錯運動。此外，摻氮生長技術亦適用於複雜三維結構表面，可直接應用於刀具與機械元件，為高端電子工業提供創新的材料解決方案。

陸洋教授表示，這項大尺寸超硬鑽石晶圓的突破，將為金剛石在極端環境探測、先進製造業及半導體熱管理等領域的應用打開新局面，並為第三及四代半導體材料發展注入強心針。相關研究成果已發表於國際知名學術期刊《自然—通訊》（Nature Communications）。

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