强共价键赋予金刚石卓越性能，如高导热、高迁移率及宽禁带，使其成为功率器件、光电、量子技术及传感器的候选材料。但实际应用仍面临挑战，如MPCVD工艺控制以实现大尺寸、平滑表面及导电性需  求，以及传统加工技术的改进。本文概述了Kanazawa University针对此的三项MPCVD生长技术研究。

      1.提高增长率：论文引入金刚石晶片生长速率增强技术，通过优化MPCVD的反应器、电场、气体与基体定位，无氮气下实现250 μm/h的高生长速率且晶体质量优异。增添氮气并优化条件后，速率提升至432 μm/h。该技术制得0.1mm厚独立金刚石板，结晶度媲美HPHT基板，优于商用CVD基板，X射线衍射验证其高质量。但大面积基板应用仍是技术难点。

       金刚石CVD生长要点：自由基生成于氢甲烷混合气微波激发；氢原子促进活性物质保存。活性物质从等离子体扩散至基体，途中碰撞生成新物质，经鞘层与金刚石表面交互。表面反应中，活性物质迁移至反应位点，形成化学键或解吸，氢原子蚀刻SP2键，碳氢化合物促进钻石生长。研究采用CVD设备与支架结构，探索(100)金刚石膜生长速率随甲烷分压变化，发现提升微波功率与总压强可增速，最大达150μm/h。高功率密度或提升甲烷转化效率，但生长速率斜率与无氮条件相当，或归因于碳自由基扩散效率低。

      研究报告指出，该项目已达到世界最快生长速度。与Si、SiC及GaN等功率半导体材料比较，金刚石生长率虽低于商业化Si、SiC，但与GaN相当。金刚石晶种面积扩大是最大挑战，异质外延难达大尺寸，同质外延可三维或马赛克生长。团队技术在小基片上测试成功，适用于后者。MPCVD需三维扩展等离子球增面积，但降低功率密度，限制大面积生长速率。915 MHz微波虽增面积，却降低功率利用率和物质供应效率。解决之道在于二维扩等离子体提功率密度，并探索热丝CVD及无等离子气体CVD以降低钻石生产能源成本。

       2.金刚石表面的原子控制：研究人员通过调整生长模式，在原子层面操控金刚石表面。在同质外延（111）面，采用横向、二维岛状及三维生长模式。通过精细调控甲烷浓度与基板错位，可在高压高温（111）台面上切换生长模式。横向生长实现从微米到毫米扩展，优化后，研究人员在全基材上达成原子级平坦金刚石表面。

        3.低电阻率掺杂控制：研究扩展至杂质掺杂技术，调控金刚石导电性。硼掺杂金刚石薄膜生长速率高达30 μm/h，为传统速度的5倍。通过调节硼掺杂，制得电阻率跨度的金刚石薄片。采用横向生长模式实现δ掺杂层，保持原子级平坦，提升载流子浓度与迁移率。结合此技术与调制掺杂，可精准掺杂于三维器件，优化电子特性。MPCVD同质外延金刚石技术已成熟应用于晶圆制造与电导率控制。针对电力电子应用，需定制晶体规格，并整合技术以展现金刚石半导体卓越性能。未来，还需解决器件制造、表面/界面控制及极致物理特性发挥等挑战。

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