科学与健康・聚焦中国科学十大进展丨加速迈向产业化 新方法实现柔性超平金刚石薄膜规模化制备

  近日，国家自然科学基金委员会发布了2025年度“中国科学十大进展”，“创新方法实现规模化制备柔性超平金刚石薄膜”入选。这一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。

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  金刚石被誉为“终极半导体材料”，其导热率是铜的5倍，耐电压强度是硅的30倍，电子迁移率比现有半导体快10倍，这些极致性能使其成为5G基站、电动汽车功率芯片、量子计算等尖端领域的理想材料。然而，天然金刚石资源稀缺、成本高昂，传统人工合成的金刚石难以突破尺寸与加工瓶颈，严重制约了金刚石在半导体领域的广泛应用。

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  面对这一挑战，来自香港大学、南方科技大学、北京大学东莞光电研究院的研究团队独辟蹊径，创造性地开发出“边缘暴露剥离法”，实现英寸级柔性超薄、超平整金刚石薄膜的规模化制备。

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  图片来源：国家自然科学基金委员会

  研究团队领头人、香港大学工程学院副教授褚智勤介绍，该技术的核心在于精确调控金刚石生长过程中的界面应力，结合巧妙的切边工艺，实现了薄膜的完整剥离。“通俗地讲，就像在玻璃表面贴上透明胶带，通过精巧设计能让金刚石膜像便利贴一样被完整撕下，彻底颠覆了传统打磨减薄的加工模式。”

  这项技术主要实现了三个突破：一是将制备2英寸晶圆的时间从数小时缩短至10秒，实现了从手工雕刻到机械化生产的跨越；二是薄膜厚度达到亚微米级，不足头发丝的百分之一，表面平整度进入原子级别；三是金刚石膜展现出前所未有的柔性，可360度弯曲。

  在科学层面，该研究首次揭示金刚石与衬底界面应力的动态平衡机制，建立薄膜剥离的数学模型，为其他超硬材料加工提供新范式；发现了亚微米厚度下金刚石的弹性变形机制，突破传统断裂力学理论预测；实现从原子级生长控制到厘米级制造的跨尺度整合。

  “这项工作应用前景广阔：在生命健康方面，柔性金刚石薄膜生物相容性好，有望制成可植入人体的传感器，实时监测生理指标；太空探索中，金刚石膜材料在-200℃至800℃极端温度下稳定工作的特性，使其成为深空探测器的理想核心材料。”褚智勤说。

  这项技术为全球半导体产业开辟了全新赛道，目前，研究团队已建成小试生产线，预计3年内实现英寸级晶圆量产，这是金刚石半导体技术从实验室走向产业化的重要一步。

  策划：陈芳

  统筹：吴晶、孙闻

  记者：温竞华、胡喆、刘祯

  新华社国内部出品