人造金刚石和电子应用

Adrian Wilson，Element Six的技术负责人，谈论Azom关于合成钻石的独特属性以及如何在许多不同的行业中应用。

能否请您提供一个简要介绍了Element Six的，它的工作原理中的关键领域？

Element Six成立于20世纪60年代，是戴比尔斯集团公司的成员，是人造金刚石超材料制造的国际市场领导者。亚博网站下载如今，Element Six是一家价值5亿美元的公司，在10个国家拥有生产设施，为全球5000多家客户提供服务。

合成钻石的独特特性使过程和最终产品性能的戏剧性阶跃变化可以适用于各种行业，包括光学，半导体，消毒和水处理和传感器。

元素六公司专门从事“超级材料” - 你能解释supermater亚博网站下载ial的概念，还提供了一些例子吗？

独特的工程材料，如人造金刚石、立方氮化亚博网站下载硼、硅硬质合金和碳化钨，被认为是“超级材料”，因为它们在各种应用中具有无与伦比的性能。

例如，合成金刚石的分子结构使它成为世界上最通用的在密集排列的四面体连接在一起supermaterial - 碳原子数为使它非常强，并给它更大的硬度比所有其他材料。亚博网站下载

人造金刚石无与伦比的硬度使其成为石油和天然气钻井中使用的刀具的理想材料，通过减少磨损，可以延长刀具的使用寿命。它的高导热性使其成为一种用于电子行业的创新热扩散器，在电子行业，50%的电子故障是由于热造成的。

此外，通过人造钻石的小电流会产生臭氧，这是一种强大的消毒剂，是漂白剂的环保替代品。这只是人造金刚石超材料正在探索的许多变革性应用的几个例子。亚博网站下载

Element Six的CVD金刚石热扩散器。图片来源:元素6

众所周知，钻石是一种受欢迎的珠宝材料，但它在材料科学领域也极其重要。亚博网站下载亚博老虎机网登录金刚石具有哪些关键特性使其在工业应用中不可或缺?

人造金刚石的特殊硬度在机械和磨料应用方面具有固有的优势。然而，它也有许多其他极端的属性，包括:

• 最宽的光传输光谱
• 已知的最高热导率
• 宽的电子带隙
• 已知最高的抗热震能力
• 优良的电绝缘体性能
• 很低的摩擦系数
• 化学和生物学上的惰性

上述性质使合成金刚石在各种工业应用中不可或缺。其高导热性使电子和半导体制造中的革命性进展能够实现。虽然高功率耐合成金刚石光学窗口是激光产生的等离子体（LPP）极端紫外（EUV）光刻系统的关键推动器。

作为一种电极，人造金刚石可用于废水处理和强氧化剂的生产。在包括生物医学传感器在内的电分析应用中，合成金刚石传感材料提供了稳定的电化学性能，使其具有最高水平的灵敏度、选择性和响应性。

合成金刚石最近还出现了作为用于范围的基于量子应用，包括候选材料：安全量子通信，量子计算和磁/电场感应。

合成和天然钻石之间是否存在重大差异？

天然和合成的金刚石的分子结构是相同的。天然和合成的金刚石之间的主要区别是，后者产生时，由人，两种方式中的化学气相沉积，或高压，高温（HPHT）合成一个。

当使用高温高压合成人造钻石时，在足以熔化钢铁的温度下，要施加超过55000个大气压——相当于在一罐花生酱上堆叠大约5000辆汽车。当金刚石通过化学气相沉积(CVD)生产时，底物被制备，各种气体，包括碳源(甲烷)和氢，被引入并电离成化学活性自由基。

CVD金刚石生长使Element Six能够控制在不同衬底上的大面积金刚石生长过程中引入的化学杂质和特性，根据选择的具体应用对材料进行不同的元素工程。

而天然钻石是其独特的性质非常宝贵的，元素六经过竭尽全力严格控制和人造金刚石材料复制非常具体的性能，以确保可靠和具有成本效益的工程材料。

看着钻石作为电子产品的散热器，你可以在这些应用中解释一下钻石的作用，为什么这对越来越小，更强大的电子设备很重要？

大多数具有亚博网站下载高导热性的材料也是导电的。相比之下，人造钻石有很高的导热性，但导电率可以忽略不计。这对电子设备来说是无价的，因为钻石被用作散热片。高效的散热，在不影响设备性能的前提下，延长了设备的使用寿命。

在半导体技术中，合成金刚石散热器防止硅和其他半导体材料过热。亚博网站下载这尤其重要，因为根据摩尔定律，电子设备变得越来越强大，而且越来越难以管理热量。因此，合成钻石成为一种关键的能力技术，鉴于其充当散热器的能力。

CVD是方法Element Six的使用来产生人造金刚石为这些应用程序 - 你可以概括为什么使用这个过程，以及它如何影响金刚石散热片的最终性能？

在元素六，我们采用一个专有的微波化学汽相沉积（CVD）工艺生长的人造金刚石。这种方法使我们能够严格控制生长条件，消除化学杂质，并设计各种属性到金刚石材料。这确保生产具有可预测的性能和特性的高度一致的材料，其使得不同的应用范围，包括散热器用于高功率电子设备。

您能否详细解释Element Six的GaN-on-diamond半导体技术，以及它是如何使用的?

Element Six的GaN-on-diamond半导体晶圆技术是首个商业化的同类技术。GaN-on-diamond是为晶体管电路制造商设计的，具有高功率、高温度和高频率特性，GaN-on-diamond能够快速、高效和经济的热提取。这一过程降低了封装设备的工作温度，解决了占所有电子故障50%以上的发热问题。

Gan-On-in-indond晶片是世界上最具导热的材料之一。亚博网站下载事实上，GaN在独立的多晶CVD钻石上的导电型多达五倍，在室温下有助于降低工作温度和整体系统水平成本，同时增加了RF器件的功率。GaN-On-indond系统可以在功率放大器和微波和毫米波电路中实现，以显着降低设备温度，同时保持输出性能。

什么是一些与人造金刚石相关的新的基于量子的发展？

最近，Element Six与荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)合作，成功实现了两块金刚石中原子状缺陷之间的量子纠缠。

这突破是实现基于钻石的量子网络，量子中继器和远距离量子隐形传态变化信息的方式被处理，使新的系统，以有效地应对当今的信息网络和计算机无法访问的问题的一个重要步骤。

此量子纠缠，使用工程化以包含可能利用光和微波炉操纵的特定缺陷合成金刚石实现。所述缺陷包括邻近于丢失的碳原子被称为氮空位（NV）缺陷的单个氮原子的。

从NV缺陷发射的光允许的缺陷的量子特性是使用显微镜“读出”。通过形成围绕NV缺陷的小透镜和仔细调整通过电场发射的光，代尔夫特团队能够使两个NV缺陷发射的光（光子）难以区分颗粒。yabo214这些光子包含在NV缺陷的量子信息，并进一步操纵允许两个缺陷的量子机械缠结

这些发现表明，我们有能力在万亿分之一的水平上控制钻石晶格中的单个原子缺陷——这是一项重要的成就，它不仅将帮助我们创建一个处理信息的量子网络，而且最终将帮助我们打造未来的量子计算机。

我们只有真正刮的合成金刚石产品应用范围的表面 - 你能告诉那些对Element Six的重要一些进一步的应用领域的简要概述？

在前面的问题没有提及一些进一步的应用领域包括：

• 利用金刚石的惰性特性和掺杂硼的能力使其导电，从而产生高度可逆的电化学传感器。
• 在双极电化学电池中使用硼掺杂金刚石，将腐蚀性液体分解为较小的有害化学品。
• 将钻石生长成圆顶形状，用于高端音频系统的高音喇叭。
• 使用具有氮空位中心的高纯度单晶金刚石制造出占地面积非常小的磁力计，具有通过磁场的大小和方向感知的能力。

使用合成钻石时遇到的一些典型问题是什么，元素六个如何寻求减轻这些问题？

对于许多新兴的应用，我们的客户并不熟悉如何在他们的产品中集成人造钻石。我们为客户提供应用支持，从基本的技术建议到金属化服务，甚至在某些情况下，钻石集成子系统，以减轻这种不熟悉。

您如何在未来十年内将如何在工程和电子设备中使用合成钻石？

随着对电子元件中更高功率密度的不断增加，热攻击只会加剧。合成钻石将成为许多RF和功率器件类型的热管理要求。

在非研磨性应用方面，我们完全期待在半导体、光学、传感器和水处理领域加速采用金刚石，因为金刚石的独特特性为我们的客户展示了改变游戏规则的价值。

我们预计人造金刚石的磨料用途将继续增长，因为更多具有挑战性的复合材料需要加工，消费者需要更美观的加工表面，而人造金刚石作为一种低磨损率材料的经济性为其用户提供了差异化。亚博网站下载

关于阿德里安威尔逊

Adrian Wilson自2011年7月以来一直在Element Six担任技术主管。艾德里安加入元素六从他担任副总裁/ Mmnager SoC (SoC)和总部位于加利福尼亚的形状因子公司企业营销主管,一个高科技供应商全球芯片制造商,在那里他负责SoC业务单元,所有企业营销活动和战略规划。

他拥有超过20年的市场营销、销售和综合管理经验，特别强调新产品和新市场开发，并在美国加州、德国和英国担任过各种职务，包括半导体设备初创企业的总裁和首席执行官。app亚博体育

Adrian获得了德蒙福特大学(De Montfort University)的电子工程学士学位(荣誉)和市场营销研究生文凭。他在澳大利亚墨尔本拉筹伯大学(La Trobe University/APESMA)获得技术管理硕士学位。他还是英国特许营销学会的会员。