CVD金刚石薄膜
，，，
，新一代传感探测材料

近些年来，，碳纳米管、、石墨烯
、、、金刚石膜等先进碳基材料以及与之相关的MEMS(微机电系统)和NEMS(纳机电系统)技术发展迅速，，为体积小、
、、、质量轻
、、、、集成度高、、感知灵敏度和分辨率优异、、使用寿命长的传感探测装置的应用奠定了基础。。

其中
，，金刚石薄膜半导体探测器具有暗电流小
、、
、、时间响应快、、禁带宽度大、、、载流子迁移率高
、、、电阻率极高、、、介电常数低、、、击穿电压大、、、
、热导率高等优异特性。。。其信噪比高
，，对可见光几乎零响应，，
，电荷收集效率比硅探测器快4倍，
，，，可在室温至较高温度(约600℃)环境中正常工作
，，
，且无需外加冷却系统，
，，极大减小了探测器的质量与体积
。。尤为重要的是，，，，金刚石薄膜具有优良的化学稳定性、、耐辐照特性和抗辐照干扰能力,能在极端恶劣的强辐射环境中正常工作
，，被认为是一种理想的半导体传感探测器材料。。。

图1  金刚石与其他半导体材料的关键特性对比

由于硅、、、砷化镓等窄带隙半导体器件无法在200 ℃以上高温环境中长期工作，，限制了它们在高温有毒气体探测领域的应用。。。早在1998年，，，Gurbuz等就已设计出催化剂/吸附性氧化物/绝缘体/半导体构型的Pt/SnOx/i-金刚石/p-金刚石结构的金刚石基气体传感器，，可在数秒响应时间内探测出微量O₂和CO气体
；随后，，，，该研究小组研制出尺寸小、
、、
、工作温度范围宽、、、、灵敏性佳、
、、响应及恢复速度快的Pd/i-金刚石/p-金刚石构型的气体传感器，，可对苯
、、甲苯气体实施有效探测，
，
，
，其结构如图1所示，，，这种结构的传感器具有优良的气敏特性，，，，其响应时间快、
、、、气体选择性佳。。。。

图2  金刚石基气体传感器的结构示意图

    基于金刚石薄膜的带电粒子或射线辐射探测器的结构如图所示。。。金刚石薄膜的两面分别镀上金属电极，，，当高能量粒子或射线透过金刚石薄膜时，，，可与金刚石发生作用使其产生电离激发，，金刚石中产生的正负电子-空穴对载流子在外加电场作用下向探测器的两电极漂移，，，，从而被收集而产生电流脉冲信号，，，，电流信号经放大后被检测到
。。。。

图3  带电粒子或射线辐射金刚石探测器结构

质子对金刚石进行辐照时，
，，能量越高的质子其运动速度越快，
，，其与金刚石的作用截面越小
，，，所造成的损伤也越小，，，，故金刚石在高剂量质子探测领域具有优良的应用前景。
。CVD金刚石对不同能量级的质子表现出不同的抗辐照性能，，，对于100 MeV～1 GeV能量范围内的质子具有优良的抗辐射性，，，
，在低能量级(4.5 MeV)的质子环境中其抗辐射性则会有所降低。
。。。

图4  CVD单晶金刚石探测器;(b) RGO/Au电极CVD金刚石膜探测器的剖面示意图

紫外探测技术在通讯、、、、导弹预警与跟踪
、、、
、天文观测
、、气象预报、、
、火灾预警、
、生物医学等领域有着巨大应用潜力，
，，，是一种重要的军民两用光电探测技术。。
。由于金刚石对可见光几乎零响应，
，具有“太阳盲区”特性，，，基于金刚石薄膜的紫外探测器具有紫外敏感性好、
、、分辨率高、、噪声低、、
、灵敏度高
、、稳定性佳等特性，
，是硅基紫外探测器的优良替代品。。该探测器在极端环境中具有优良的抗辐照特性，
，在无需外部电压的情况下即可对极紫外光进行快速响应探测
，
，，比当前所用紫外光传感器有着更高的光敏性和信噪比
。。。。

图5  金刚石基极紫外光探测器的结构示意图

金刚石作为应用前景广阔的新一代传感探测材料
，，，凭借其优良的物化特性，，，
，可在高温、、、高压
、、、强辐射环境中稳定运行，
，，其使用寿命长，，易于实现探测传感装置的小型化
、、轻量化与集成化，，，，是传统硅基探测器的理想替代品
，，成为传感探测领域的研究热点
。
。金刚石薄膜探测传感材料及其相关技术的基础研究与应用，，有助于推动我国在电子信息、
、、、航空航天、
、、、生物医学、
、武器装备等重要领域的技术发展，，，，可产生巨大的经济、、社会效益。。。。

目前，，，
，尊龙时凯专注于高品质金刚石材料的研发、、生产和销售，，现有核心产品金刚石热沉片、
、晶圆级金刚石、
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、、GaN on diamond 、、
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、Diamond on GaN、、、金刚石基氮化铝薄膜等产品
。。晶圆级金刚石生长面表面粗糙度Ra＜1nm；金刚石热沉片热导率高达1000-2200W/(m·k)，
，，，技术指标皆达世界领先水平
，，
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