CVD金刚石薄膜
，，新一代传感探测材料

近些年来，，碳纳米管
、、、石墨烯、、金刚石膜等先进碳基材料以及与之相关的MEMS(微机电系统)和NEMS(纳机电系统)技术发展迅速
，，，为体积小、、、、质量轻
、、、集成度高、、感知灵敏度和分辨率优异、、
、使用寿命长的传感探测装置的应用奠定了基础。
。。

其中，，金刚石薄膜半导体探测器具有暗电流小、、时间响应快
、
、禁带宽度大、
、、载流子迁移率高、、电阻率极高、、、、介电常数低、、、、击穿电压大、、、热导率高等优异特性。。。。其信噪比高，，对可见光几乎零响应
，，，电荷收集效率比硅探测器快4倍，
，
，，可在室温至较高温度(约600℃)环境中正常工作，
，，且无需外加冷却系统，，极大减小了探测器的质量与体积。。。尤为重要的是
，，
，，金刚石薄膜具有优良的化学稳定性、、
、
、耐辐照特性和抗辐照干扰能力,能在极端恶劣的强辐射环境中正常工作
，
，，，被认为是一种理想的半导体传感探测器材料。。

图1  金刚石与其他半导体材料的关键特性对比

由于硅
、、、砷化镓等窄带隙半导体器件无法在200 ℃以上高温环境中长期工作，，，限制了它们在高温有毒气体探测领域的应用。。。早在1998年，
，，
，Gurbuz等就已设计出催化剂/吸附性氧化物/绝缘体/半导体构型的Pt/SnOx/i-金刚石/p-金刚石结构的金刚石基气体传感器
，
，，，可在数秒响应时间内探测出微量O₂和CO气体；随后，，
，该研究小组研制出尺寸小、、、工作温度范围宽、、、灵敏性佳、、、、响应及恢复速度快的Pd/i-金刚石/p-金刚石构型的气体传感器，，，可对苯、、甲苯气体实施有效探测，，
，其结构如图1所示，，
，，这种结构的传感器具有优良的气敏特性
，，其响应时间快、
、、气体选择性佳。。

图2  金刚石基气体传感器的结构示意图

    基于金刚石薄膜的带电粒子或射线辐射探测器的结构如图所示。。金刚石薄膜的两面分别镀上金属电极，，，当高能量粒子或射线透过金刚石薄膜时，
，可与金刚石发生作用使其产生电离激发，
，，，金刚石中产生的正负电子-空穴对载流子在外加电场作用下向探测器的两电极漂移，
，
，从而被收集而产生电流脉冲信号，，，电流信号经放大后被检测到。。。

图3  带电粒子或射线辐射金刚石探测器结构

质子对金刚石进行辐照时
，
，能量越高的质子其运动速度越快，，，
，其与金刚石的作用截面越小
，，，所造成的损伤也越小，，，，故金刚石在高剂量质子探测领域具有优良的应用前景。。。。CVD金刚石对不同能量级的质子表现出不同的抗辐照性能，，对于100 MeV～1 GeV能量范围内的质子具有优良的抗辐射性，
，，在低能量级(4.5 MeV)的质子环境中其抗辐射性则会有所降低。。。
。

图4  CVD单晶金刚石探测器;(b) RGO/Au电极CVD金刚石膜探测器的剖面示意图

紫外探测技术在通讯、、、
、导弹预警与跟踪、、、、天文观测
、、、气象预报、、、火灾预警、
、、生物医学等领域有着巨大应用潜力，，
，，是一种重要的军民两用光电探测技术。
。由于金刚石对可见光几乎零响应，，具有“太阳盲区”特性
，
，，，基于金刚石薄膜的紫外探测器具有紫外敏感性好、
、
、分辨率高
、、、噪声低、、
、灵敏度高、
、、稳定性佳等特性，
，，是硅基紫外探测器的优良替代品。。。
。该探测器在极端环境中具有优良的抗辐照特性，，，，在无需外部电压的情况下即可对极紫外光进行快速响应探测，，，，比当前所用紫外光传感器有着更高的光敏性和信噪比。。。

图5  金刚石基极紫外光探测器的结构示意图

金刚石作为应用前景广阔的新一代传感探测材料，，，，凭借其优良的物化特性，，，，可在高温、
、、、高压、
、、强辐射环境中稳定运行
，，其使用寿命长
，，易于实现探测传感装置的小型化、、轻量化与集成化，，，是传统硅基探测器的理想替代品，，，，成为传感探测领域的研究热点
。。。
。金刚石薄膜探测传感材料及其相关技术的基础研究与应用，，，，有助于推动我国在电子信息、、航空航天、、、、生物医学
、、、
、武器装备等重要领域的技术发展
，
，可产生巨大的经济、、、社会效益。
。。

目前，，
，，尊龙时凯专注于高品质金刚石材料的研发
、
、生产和销售
，，，现有核心产品金刚石热沉片、、晶圆级金刚石、、GaN on diamond 、、Diamond on GaN、、、金刚石基氮化铝薄膜等产品。
。。晶圆级金刚石生长面表面粗糙度Ra＜1nm；金刚石热沉片热导率高达1000-2200W/(m·k)，，
，技术指标皆达世界领先水平，，面向探测器领域客户进行专业的金刚石解决方案。。。