中科院宁波工研院石墨烯/金刚石异质结构研究获突破

中科院宁波工研院(筹)高级工程师戴丹和她的研究团队进行的一项浙江省自然科学基金资助的“石墨烯/金刚石异质结构的原位生长和界面控制机制的研究”,发现了金刚石是用于核辐射探测的最佳材料,自主创新用微波等离子体CVD技术生长高质量单晶金刚石,并且首创用优异物理特性的石墨烯在金刚石膜表面原位合成,取得了良好的导电性能,有望研制成功世界最先进的CVD金刚石薄膜核辐射探测器。

核辐射探测仪不仅价格不菲,还被世界发达国家垄断了很多年。中科院宁波工研院(筹)高级工程师戴丹和她的研究团队进行的一项浙江省自然科学基金资助的“石墨烯/金刚石异质结构的原位生长和界面控制机制的研究”,发现了金刚石是用于核辐射探测的最佳材料,自主创新用微波等离子体CVD技术生长高质量单晶金刚石,并且首创用优异物理特性的石墨烯在金刚石膜表面原位合成,取得了良好的导电性能,有望研制成功世界最先进的CVD金刚石薄膜核辐射探测器。

中科院宁波工研院石墨烯/金刚石异质结构研究获突破

戴丹告诉记者,CVD金刚石薄膜探测器在脉冲辐射探测方面有显著的优势:用金刚石制作的探测器噪声低,耐高压高温,不易老化,抗辐射能力强,时间响应快。

高性价比的金刚石不太容易得到。据介绍,研究人员发现,微波等离子体CVD是生长高质量单晶金刚石的唯一有效技术,这是本项目的关键技术。制备低缺陷且高纯度的单晶金刚石,作为“石墨烯/金钢石异质结构器件”开发的先驱研究。

据了解,CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积),是指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其他气体引入反应室,在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。经过CVD处理后,表面处理膜密着性约提高30%,可防止高强力钢的弯曲、拉伸等成形时产生的刮痕。

项目的另一个关键技术是原位生长CVD技术,石墨烯薄膜与金刚石良好结合靠的是两者自身都具备的碳元素,而不需要外来碳元素。研究人员针对石墨烯/金刚石膜异质结构中的的界面结合性这个核心瓶颈问题,实现石墨烯在金刚石膜表面的原位合成,加上一系列的相关研究,从而探索出一种性能优异、欧姆接触良好的探测器电极结构,为开发性能优异的石墨烯/金刚石脉冲辐射探测器及其应用提供可靠的理论研究基础。

戴丹已申请发明专利18件,发表科技论文10篇,承担过中科院省市企业科研项目7项。在碳素材料及其装备的基础研究和成果转化方面取得了突出成绩。金刚石产业化项目被中国科学院宁波工研院授予2014年度最佳成果转移奖。关于CVD装备及其涂层技术的研究与应用,获得了宁波市镇海区2015年引进高层次人才二类推荐项目。

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