中国粉体网讯 金刚石作为一种超宽禁带半导体材料，具有高热导率、高击穿电压、高载流子迁移率、高载流子饱和漂移速率、高Johnson系数、高Keyse系数、高Baliga系数和低介电常数等。而基于金刚石的半导体器件能够实现高反向耐压的同时兼具低正向导通电阻，因此金刚石被公认为理想的下一代功率器件材料，在电动汽车、光伏、军工等领域具备巨大的应用前景 。

金刚石主要性质

金刚石的结构

在晶体学中，金刚石结构又称为金刚石立方晶体结构（diamond cubic lattice structure），原型是金刚石。在金刚石晶体中，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。金刚石立方晶体结构中最小的碳环是六元环，最小的闭合碳环是十元环。闭合的十元碳环非常重要，它是构成晶胞的主要碳环，它的6个碳原子位于晶胞的6个面心，其余4个位于晶胞的内部，而另一个碳原子是晶胞的4个顶点。4个顶点的对角点就是四面体的另外4个顶点，十元环的对角线就是晶胞的棱长。

这种晶胞结构使金刚石具有自然界中最大的原子密度176 atoms/nm3以及最小的压缩率，使金刚石成为世界上最硬的物质,并在热学、电学、光学等多个方面表现出优异性质。

金刚石的晶体结构

金刚石的力学性质

由于碳原子半径小，碳原子之间形成的共价键键能大、键长小、稳定性高，从而使金刚石具有世界上最高的硬度(约为1×104kg/mm2)，是GaN的5倍，SiC的3~4倍，Si的10倍。金刚石被广泛应用于工业生产及加工过程中，可以被作为切削各种硬、脆材料及高硬度高韧性金属材料的刀具刀头、石油钻井钻头或勘探钻头以及超硬磨料。同时,金刚石的摩擦系数极低，可以用于制作金属丝拉丝模等，被称为“工业牙齿”。

金刚石的热学性质

在热学性能方面，金刚石导热率可达到2000 W/(m•K)，这一数值约为GaN和Si的20倍。室温条件下金刚石具有极低的热膨胀系数（约0.8×10-6/K），这代表在受热膨胀与冷却收缩过程中良好的形态保持能力，成为解决散热问题至关重要的热管理材料。

金刚石的光学性质

金刚石与常规的窗口材料及透镜材料相比，具有宽广的电磁波透过范围，除本征吸收带外，金刚石均具有极高的透过性。因此可以作为各种极端条件下的理想窗口材料，如激光窗口、高功率微波窗口、拉曼激光等。

金刚石的电学性质

金刚石同样是非常优秀的超宽禁带半导体材料，在半导体应用方面有极大的应用潜力，其电子迁移率可达到4500cm2/V-1·s-1，是GaN及Si的两倍以上，空穴迁移率可达到3800cm2/ V-1·s-1，是Si的五倍以上，击穿电压可达到1×107V·cm-1，是GaN击穿电压的五倍。相较于目前广泛应用的半导体材料更能适应高功率、高环境温度、高辐射甚至极端条件下的工作环境。

金刚石的化学性质

金刚石具有良好的化学稳定性，常温常压条件时几乎不与任何酸、碱发生化学反应，这是由于其内部各碳原子间由稳定的共价键相互连接所形成。良好的化学惰性、非磁性、无毒性、亲油疏水性以及生物兼容性等使金刚石在作为医学植入体方面有着良好的应用潜力。

参考来源：

1.新华网

2.谢文良：单晶金刚石MPCVD外延生长的关键问题研究.吉林大学

（中国粉体网编辑整理/轻言）

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