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一文了解“终极半导体材料”金刚石档案

时间:2024-02-14浏览次数:3019

金刚石俗称“金刚钻”。。也就是我们常说的钻石的原身,,,它是一种由碳元素组成的矿物,,,,是碳元素的同素异形体。。。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。。金刚石的用途非常广泛,,,,例如:工艺品、、、、工业中的切割工具。。。石墨可以在高温、、高压下形成人造金刚石,,也是贵重宝石。。。


一、、、、物理性质


硬度


摩氏硬度10,,,,新摩氏硬度15,,,显微硬度10000kg/mm2,,,,显微硬度比石英高1000倍,,,比刚玉高150倍。。。。金刚石硬度具有方向性,,,,八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度,,,菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。。。。


依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级,,,钻石(金刚石)为最高级第10级;如小刀其硬度约为5.5、、铜币约为3.5至4、、指甲约为2至3、、、、玻璃硬度为6。。。。


金刚石有各种颜色,,,从无色到黑色都有,,,以无色的为特佳。。。它们可以是透明的,,,也可以是半透明或不透明。。。。许多金刚石带些黄色,,,,这主要是由于金刚石中含有杂质。。。金刚石的折射率非常高,,,色散性能也很强,,,这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。。。金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。。。金伯利岩等是它们的母岩,,,,其他地方的金刚石都是被河流、、冰川等搬运过去的。。。。金刚石一般为粒状。。。。如果将金刚石加热到1000℃时,,,它会缓慢地变成石墨。。。


热导率


金刚石是一种高热传导性材料,,,,具有极高的热导率。。其热导率为2200W/mK,,相比传统的热传导材料铜的热导率(385W/mK)高出几个数量级,,是世界上热导率最高的材料之一。。。。


金刚石是立方晶体,,由碳原子通过共价键结合形成。。。。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果。。。。金属通过自由电子传导热量,,,,其高热传导性与高导电性相关联,,,,相比之下,,,,金刚石中的热量传导仅由晶格振动(即声子)完成。。。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶格具有高振动频率,,,因此其德拜特征温度高达2,220 K。。。由于大部分应用远低于德拜温度,,,,声子散射较小,,因此以声子为媒介的热传导阻力极小。。。。但任何晶格缺陷都会产生声子散射,,,,从而降低热传导性,,这是所有晶体材料的固有特征。。。金刚石中的缺陷通常包括较重的ˡ³C同位素、、氮杂质和空缺等点缺陷,,,,堆垛层错和位错等扩展缺陷以及晶界等2D缺陷。。。


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二、、、化学性质


金刚石是在地球深部高压、、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体,,是指经过琢磨的金刚石。。。。金刚石是无色正八面体晶体,,,,其成分为纯碳,,由碳原子以四价键链接,,为目前已知自然存在最硬物质。。。由于金刚石中的C-C键很强,,,,所有的价电子都参与了共价键的形成,,,没有自由电子,,,所以金刚石硬度非常大,,熔点在华氏6900度,,,金刚石在纯氧中燃点为720~800℃,,,在空气中为850~1000℃,,,,而且不导电。。


三、、结构性质


金刚石结构分为;等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。。。。


在钻石晶体中,,碳原子按四面体成键方式互相连接,,,,组成无限的三维骨架,,,是典型的原子晶体。。。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,,,,构成正四面体。。。。由于钻石中的C-C键很强,,,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,,,没有自由电子,,所以钻石不仅硬度大,,,,熔点极高,,,而且不导电。。。。在工业上,,钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,,形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品,,其价格十分昂贵。。。


四、、、、光学性质


(1) 亮度(Brilliance)金刚石因为具有极高的反射率,,,,其反射临界角较小,,,全反射的范围宽,,光容易发生全反射,,反射光量大,,,从而产生很高的亮度。。。


(2) 闪烁(Scintillation)金刚石的闪烁就是闪光,,,,即当金刚石或者光源、、、 观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光。。。。无色透明、、、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石,,,即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。。


(3) 色散或出火(Dispersion or fire)金刚石多样的晶面象三棱镜一样,,,,能把通过折射、、、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、、橙、、、黄、、、、绿、、、蓝、、靛、、、、紫等色光。。


(4) 光泽(Luster)刚石出类拔萃般坚硬的、、、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈,,,,而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。。。。


五、、稳定性


金刚石化学性质稳定,,,具有耐酸性和耐碱性,,高温下不与浓HF、、HCl、、、HNO3作用,,,只在Na2CO3、、NaNO3、、、KNO3的熔融体中,,或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时,,表面会稍有氧化;在O、、、、CO、、、CO2、、、、H、、、Cl、、H2O、、、CH4的高温气体中腐蚀。。。。


尊龙时凯致力于成为全球领先的宽禁带半导体材料和器件制造商,,,公司扎根半导体材料和器件的技术属性,,,,大力发展具有自主知识产权的核心技术,,,,不断追求卓越,,,,积聚创新动力,,,,瞄准半导体材料和器件技术最前沿,,聚焦于新材料的基础设计和开发,,,,高瞻远瞩部署产业链上下游,,,主导产业发展的重要趋势和方向,,,鼎力打造金刚石宽禁带半导体材料的产业化和规模化发展。。。目前已有晶圆级金刚石、、、金刚石热沉片、、金刚石光学窗口片、、金刚石基异质集成复合衬底等产品,,为广大客户提供专业领先的金刚石解决方案。。。

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