作者:高长安 来源: 中国科学报 发布时间:2019-12-5
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直径5英寸CVD金刚石窗口制备技术跻身国际行列

 

■本报记者 高长安

近日,《中国科学报》记者从河北省激光研究所获悉,该所直径5英寸CVD(化学气相沉积)金刚石窗口制备技术再上新台阶,其产品厚度达到1mm,比之前的0.7mm高出0.3mm。该所所长孙振路表示,这标志着我国915MHz、75KW的微波CVD金刚石设备基本成熟,实现了比肩国外先进水平的目标。

据了解,CVD金刚石膜研究已有30余年的历史,不断有新的亮点和研究方向出现。纳米(NCD)和超纳米(UNCD)金刚石膜及相关应用研究将在相当长一段时间内是国内CVD金刚石膜研究的热点之一。

“基于金刚石膜的SOD、SAW,行波管和其他高功率器件,光学窗口(球罩)等高技术应用有可能得到更大的重视,并在未来5~10年内获得实际应用,形成小规模的市场。”河北省激光研究所技术人员姜龙举例说,随着5G时代的来临,高频大功率微波器件的散热问题越来越严重,而金刚石的热导率是常用硅材料的15倍,采用CVD金刚石作为衬底的器件优势非常明显。河北省激光研究所已经和国内多个研究所合作,进行了此方面的研究工作,取得了良好的开端。

隶属于河北省科学院的河北省激光研究所,从1992年开始从事CVD金刚石制备技术的相关研究,先后承担了“八五”“九五”“十五”期间的国家863科技计划项目(和北京科技大学共同承担),以及多项河北省科技支撑计划、河北省自然基金等,研发出独具特色的直流电弧等离子体喷射CVD金刚石设备及工艺,相关科技成果获河北省科技进步奖一等奖一项、二等奖两项、三等奖四项,专利授权8项。

姜龙介绍,近年来他们分别和中科院上海应用物理研究所、中科院高能物理研究所合作,实现了CVD金刚石荧光靶成功应用于国家大科学工程“上海光源”中,CVD单晶金刚石高压窗口应用于X射线小角散射测试线;与中科院上海技术物理研究所合作,CVD金刚石成功应用于型号卫星载荷的探测窗口;与中科院大连化物所合作,CVD金刚石热沉应用于碟片激光器晶体散热。

为发展CVD金刚石在光学、电子学等领域的应用,该所项目组和北京科技大学教授唐伟忠介绍合作开发微波CVD金刚石沉积技术,验证了多种谐振腔的高功率2.45GHz微波CVD金刚石设备,建成了国内首台915MHz、75KW微波CVD金刚石设备。目前,直径2英寸的多晶CVD金刚石窗口已经进入了中试阶段,直径5英寸的多晶CVD金刚石窗口也已经制备出了样品。以2.45GHz设备为基础,项目组还进行了同质外延单晶CVD金刚石的研究,主要应用于探测器、电子器件和珠宝等领域,目前已经取得了可喜的进展。

“CVD金刚石在先进科研、航空航天、大科学装置等领域有广泛的应用,甚至是唯一的选择,例如研究核聚变的托卡马克装置上,大功率微波的馈入窗口只能选择多晶CVD金刚石。”孙振路表示,河北省激光研究所研究团队和上海及北京同步辐射光源进行了多项合作,已经成功研制了CVD金刚石荧光靶探测器、刀片探测器,正在进行X射线位置探测器、X射线窗口、红外窗口的研发;金刚石已经成功在卫星扩热板、遥感卫星窗口、相控阵雷达收发模块上成功应用。

孙振路介绍,项目组研发的915MHz微波CVD金刚石设备及5英寸CVD金刚石制备技术目前在国内尚未见报道,具有较大的技术优势。

据悉,在多年研发的基础上,河北省激光研究所项目组在石家庄市平山县建立占地30亩的产业化基地,基础条件完善,一期工程共有直流电弧等离子体喷射CVD金刚石设备60多台,产业化规模行业内领先。目前4000平方米的二期工程正在建设中,将为科研成果的转化提供更好的条件。

《中国科学报》 (2019-12-05 第8版 装备制造)
 
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