金刚石具有极高的硬度、超高的载流子迁移率、强大的介电击穿强度、优异的热导率以及宽禁带特性,被誉为“终极半导体材料”,在众多领域展现出革命性潜力。然而,传统的制备技术难以实现大规模、超平整金刚石薄膜的生产,限制了其产业化应用的发展。
该研究基于薄膜生长界面的非对称模型,创造性地开发出一种“边缘暴露剥离”方法,采用“一步法”实现英寸级柔性超薄、超平整金刚石薄膜的规模化制备。该方法通过理论建模优化剥离角度和厚度参数,在几秒钟内即可完成传统激光切片、底材刻蚀等需耗时数十小时的工艺,大幅提升生产效率并降低成本。所得亚微米厚度的金刚石薄膜具有亚纳米级的表面粗糙度和可360度弯曲的弯折能力,其超平整的表面完美兼容现有半导体CMOS工艺,并且具备传统刚性金刚石块材所不具有的柔韧性,为“弹性应变工程”及“应变传感”的应用奠定了基础。
该方法有望加速金刚石薄膜在下一代高性能电子、柔性光电子和量子技术等领域的应用。
主要完成人:褚智勤、林原、李携曦、王琦
主要完成单位:香港大学、南方科技大学、北京大学东莞光电研究院
