鉆石通常作為華麗的珠寶陳列而示。但是這種固體碳也以其優(yōu)異的物理和電子性能而聞名。在日本，由Kyo Yoshida領(lǐng)導(dǎo)的金澤大學(xué)自然科學(xué)與技術(shù)研究生院和筑波的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的研究人員利用水蒸汽退火形成了原子級(jí)平坦的羥基封端金剛石表面。

        金剛石擁有許多出色的特性，使其在電子設(shè)備上具有很好的應(yīng)用前景。然而，金剛石中含有的缺陷在原子層面上是可以觀察到的，這些缺陷產(chǎn)生了獨(dú)特的表面特性，影響了金剛石在此類(lèi)器件中的應(yīng)用。使用氧氣或氫氣的表面終止穩(wěn)定了金剛石結(jié)構(gòu)。氫端金剛石表面包含二維空穴氣體層（2DHG），可實(shí)現(xiàn)高溫和高壓操作。氧端的金剛石表面是通過(guò)氫端表面的表面氧化形成的，它可以去除碳?xì)洌–H）鍵和2DHG，“但這會(huì)使金剛石表面變得粗糙并導(dǎo)致器件性能下降，”日本金澤大學(xué)Norio Tokuda說(shuō)到。

        為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員采用了水蒸氣退火的方法。他們從高壓高溫合成的(111)晶向單晶金剛石Ib和IIa基片著手。通過(guò)微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）在Ib基板上制備同質(zhì)外延金剛石膜。為了獲得原子級(jí)平坦的氫端表面，將金剛石樣品暴露于MPCVD腔體中的氫等離子體。為了形成羥基封端的表面，對(duì)氫端的金剛石樣品進(jìn)行水蒸氣退火處理。

        結(jié)果表明，在400℃以下的水蒸氣退火過(guò)程中，碳?xì)滏I仍保留在金剛石表面; 因此，檢測(cè)到了二維空穴氣體層。“然而，500°C以上的水蒸汽退火去除了金剛石表面的碳?xì)滏I，”Yoshida解釋說(shuō)，“這表明二維空穴氣體層(2DHG)已經(jīng)消失?！?因此，水蒸氣退火可以去除2DHG，同時(shí)保持(111)取向的金剛石表面的表面形態(tài)。 “與去除2DHG的常規(guī)技術(shù)相比，例如濕法化學(xué)氧化，”Tokuda說(shuō)，“水蒸汽退火擁有保持原子級(jí)平坦表面的優(yōu)勢(shì)。”

        金剛石是自然界存在的特殊材料之一，具有最高的硬度、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、高絕緣、寬能隙、高的聲傳播速率以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等，如下表。雖然天然金剛石具有這些獨(dú)一無(wú)二的特性，但是它們一直僅僅是以寶石的形式存在，其性質(zhì)的多變性和稀有性極大地限制了其應(yīng)用。而洛陽(yáng)譽(yù)芯金剛石制備的CVD金剛石膜將這些優(yōu)異的物理化學(xué)性能集一身，且成本較天然金剛石低，能夠制備各種幾何形狀，在電子、光學(xué)、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。