高溫退火：改善單晶金剛石內(nèi)部缺陷

單晶金剛石被譽(yù)為“材料之王”，憑借超高的硬度、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，在半導(dǎo)體、5G通信、量子科技等領(lǐng)域大放異彩。

硬度之王：擁有超高的硬度，是磨料磨具的理想選擇。

抗輻射性強(qiáng)：在半導(dǎo)體和量子信息領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

導(dǎo)熱率高：在電子器件中表現(xiàn)出色。

化學(xué)穩(wěn)定性好：在惡劣環(huán)境下也能保持穩(wěn)定。

然而，工業(yè)制備的單晶金剛石并非完美無瑕，常常存在以下問題：

缺陷多：如氮雜質(zhì)等，導(dǎo)致金剛石透明度低、色澤差。

光學(xué)性質(zhì)差：顏色偏黃或棕色，影響其美觀和應(yīng)用。

內(nèi)應(yīng)力大：容易產(chǎn)生裂紋，影響其機(jī)械性能。

高溫退火作為關(guān)鍵處理手段，可有效改善其性能，依條件分為高溫低壓和高溫高壓法，本文聚焦其研究進(jìn)展。

高溫高壓法處理金剛石

原理：模擬天然金剛石形成的高溫高壓環(huán)境（如1500℃、4.0 GPa以上），促使內(nèi)部缺陷重組。效果：氮雜質(zhì)與空位結(jié)合，形成穩(wěn)定色心，改善顏色（如棕色變無色）。

提高硬度與透明度，紅外吸收峰銳化。

金剛石的光致發(fā)光光譜

案例：元素六公司專利顯示，處理后金剛石的光學(xué)性能顯著提升。

高溫低壓法處理金剛石

原理：在氫氣或惰性氣體保護(hù)下（約2200℃、低壓），釋放內(nèi)應(yīng)力，減少缺陷。

CVD?單晶金剛石高溫低壓退火的實(shí)物圖

效果：應(yīng)力降低高達(dá)1.03 GPa（Zhu X等研究）。

顏色由黃棕變淺，紫外吸收系數(shù)下降。

CVD 單晶金剛石的紫外可見吸收光譜

黑科技：結(jié)合電子輻照，可在1600℃下誘導(dǎo)粉紅色色心，用于量子傳感領(lǐng)域！

高溫退火技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

技術(shù)優(yōu)勢與操作要點(diǎn)：有效提升金剛石光學(xué)與質(zhì)量、降低應(yīng)力、改善缺陷，高溫高壓退火注意均壓防損，高溫低壓退火可在氫氣或惰性氣體氛圍防碳化。

工業(yè)應(yīng)用意義與前景：解決工業(yè)金剛石氮雜質(zhì)致的質(zhì)量問題，提高制備效率和良品率，對 CVD 和 HTHP 法制備的金剛石改善效果顯著，有望拓展其應(yīng)用范圍。