金剛石薄膜的性質(zhì)、制備及應(yīng)用

1、金剛石薄膜的性質(zhì)、制備及應(yīng)用1引言早在公元前700年，人們就知金剛石很硬，"金剛石"的英文名diamond來自希臘文"adamas",意思是"無敵"。如果翻開材料物性手冊，將會發(fā)現(xiàn)金剛石的許多性質(zhì)是最大和最高的:金剛石在所有已知物質(zhì)中具有最高的硬度，室溫下有最高的熱導(dǎo)率，對光線而言從遠(yuǎn)紅外區(qū)到深紫外區(qū)是完全透明的，有最低的可壓縮性，極佳的化學(xué)惰性，其生物兼容性超過了鈦合金等等。表1列舉了金剛石的一些突出的性質(zhì)1。表1金剛石的一些突出性質(zhì)Table1SomeoftheoutstandingpropertiesofdiamondExtre

2、memechanicalhardness(ca.90Gpa)andwearresistanceHighestbulkmodulus(1.2×1012N.m-2)Lowestcompressibility(8.3×10-13m2.N-1)Highestroomtemperaturethermalconductivity(2×103W.m-1.K-1)Thermalexpansioncoefficientatroomtemperatureverylow(1×10-6K)Broadopticaltransparencyfromthedeepultraviole

3、ttothefarinfraredHighestsoundpropagationvelocity(17.5km.s-1)Verygoodelectricalinsulator(roomtemperatureresistivityisca.1013.)Diamondcanbedoped,becomingasemiconductorwithawidebandgapof5.4eVVeryresistanttochemicalcorrosionBiologicallycompatibleSomesurfacesexhibitverylowor"negative"electronaf

4、finity然而由于天然金剛石數(shù)量稀少，價(jià)格昂貴，尺寸有限等因素，人們很難利用金剛石的上述優(yōu)異的性能。1796年，S.Tennant將金剛石燃燒成CO2，證明金剛石是由碳組成的。后來又知道天然金剛石是碳在地殼深處的高溫高壓下轉(zhuǎn)變而來的，因此人們一直想通過碳的另一同素異形體-石墨來合成金剛石。從熱力學(xué)角度看，在室溫常壓下，石墨是碳的穩(wěn)定相，金剛石是碳的不穩(wěn)定相;而且金剛石與石墨之間存在著巨大的能量勢壘(見圖1)，要將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，必須克服這個(gè)能量勢壘。表2為石墨和金剛石的熱力學(xué)性質(zhì)對照表2:表2石墨和金剛石的熱力學(xué)性質(zhì)對照表Table2Somethermodynamicsproperties

5、ofgraphiteanddiamondH°,KJ/molS°,J/(mol.K)G,KJ/molC,J/(mol.K)Density，g/cm3Diamond1.902.442.876.053.514Graphite0.005.690.008.642.266根據(jù)表2中的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行粗略計(jì)算，要使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石至少需要15000atm的壓力，而要使轉(zhuǎn)化速度達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求，使用的壓力一般要超過50000atm。根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)以及天然金剛石存在的事實(shí)，人們開始模仿大自然的在高溫高壓條件下將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的研究，即所謂的高溫高壓(HTHP)技術(shù)。美國通用(GE)電氣公司

6、于1955年率先制成了HTHP金剛石，并于60年代將HTHP金剛石用于工具加工領(lǐng)域。通過添加金屬催化劑如Fe、Co、Ni、Mn、Cr等可以使轉(zhuǎn)化溫度和壓力從3,000K，150，000atm下降到1,600K，60,000atm。圖2為生產(chǎn)金剛石的主要方法中碳的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)相圖3。目前使用HTHP生長技術(shù)，一般只能合成小顆粒的金剛石;在合成大顆粒金剛石單晶方面，主要使用晶種法，在較高壓力和較高溫度下(60000atm,1800K)，在幾天時(shí)間內(nèi)使晶種長成粒度為幾個(gè)毫米，重達(dá)幾個(gè)克拉的寶石級人造金剛石,較長時(shí)間的高溫高壓使得生產(chǎn)成本昂貴,設(shè)備要求苛刻，而且HTHP金剛石由于使用了金屬催化劑，使得

7、金剛石中殘留有微量的金屬，因此目前完全代替天然金剛石還有相當(dāng)距離。而且用目前的技術(shù)生產(chǎn)的HTHP金剛石的尺寸只能從數(shù)微米到幾個(gè)毫米，這也限制了HTHP金剛石的大規(guī)模應(yīng)用。因而必須開發(fā)出一種新方法，用這種方法生產(chǎn)出來的金剛石，其形態(tài)能使得金剛石的那些優(yōu)異性能得到充分體現(xiàn)，這一形態(tài)就是用化學(xué)氣相沉積制備的金剛石薄膜。2化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積，是通過含有薄膜元素的揮發(fā)性化合物與其它氣相物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生非揮發(fā)性的固相物質(zhì)并使之以原子態(tài)沉積在置于適當(dāng)位置的襯底上，從而形成所要求的材料?；瘜W(xué)氣相沉積過程包括反應(yīng)氣體的激發(fā)(圖3)和活性物質(zhì)的沉積(圖4)兩個(gè)步驟。所有制備CVD金剛石膜的CVD技術(shù)都要能

8、激發(fā)含碳反應(yīng)物氣相分子。激發(fā)方式有加熱方式(如熱絲)，電子放電(如直流，射頻或微波)，或燃燒火焰(如氧乙炔炬)。圖5顯示了幾種最常用的實(shí)驗(yàn)裝置。盡管每一種裝置都有一些不同之處，但它們都有一些共性，如生長金剛石(而不是石墨)通常要求前驅(qū)氣體(通常為CH4)稀釋在過量的氫氣中，典型比例為1%vol.CH4，基片溫度通常高于700以確保生成的是金剛石而不是無定形碳。熱絲CVD(HFCVD)4(見圖5a)的真空腔是由一臺旋轉(zhuǎn)式機(jī)械泵維持的，其間各種反應(yīng)氣體混合時(shí)是嚴(yán)格控制的(通?？偭髁繛閹装俸辽糠昼?，SCCM)。微量流量計(jì)保持反應(yīng)腔內(nèi)的壓力，通常為20-30Torr(1Torr=133Pa)，同時(shí)基

9、片臺加熱器將基片溫度升至700-900。在基片臺的加熱器上放一片Si或Mo，熱絲在距離基片幾個(gè)毫米上的地方。熱絲通電使之溫度達(dá)到2200。制成熱絲的金屬要能夠承受這樣的高溫且不能明顯與反應(yīng)氣體反應(yīng)，熱絲材料通常為鎢和鉭，盡管它們最終也與含碳?xì)怏w反應(yīng)被碳化生成金屬碳化和物。這一變化使得它們變脆，縮短了它們的使用壽命，因而它們最多只能使用一個(gè)沉積周期。HFCVD相對較便宜，且容易操作，能以約110mh-1的速率沉積質(zhì)量比較高的多晶金剛石，這取決于適宜的沉積環(huán)境。然而，HFCVD也面臨一些嚴(yán)重問題。熱絲對氧化性和腐蝕性氣體極為敏感，這樣限制了可用來參與反應(yīng)的氣體的種類;又因?yàn)闊峤z是金屬材料，不可避免

10、的會污染金剛石膜。如果金剛石薄膜僅僅用于機(jī)械領(lǐng)域，數(shù)十ppm級的金屬不純并不是嚴(yán)重問題，但若應(yīng)用于電子領(lǐng)域，這種不純是不能接受的。而且，由于是靠熱激發(fā)，使得等離子體密度不高，這也限制了通過施加偏壓以提高生長速率和金剛石膜的取向生長。微波等離子體CVD(MWCVD)反應(yīng)器的沉積環(huán)境基本與HFCVD相似，盡管價(jià)格昂貴，但卻是目前用于金剛石生長最為廣泛的方法。在微波反應(yīng)器中，微波穿過一絕緣窗口(通常為石英)進(jìn)入沉積腔體并放電。氣體分子的電子吸收微波能量后碰撞加劇，氣體分子被加熱后分解，生成反應(yīng)活性粒子，并沉積在處于等離子體球中的基片表面上。最常用的MWCVD反應(yīng)器是NIRIM型(圖b)5和ASTEX

11、型(圖5c)6反應(yīng)器。在NIRIM型反應(yīng)器中，一根石英管穿過沿著矩形波導(dǎo)傳來的2.45GHz微波場。放電管中部正好是電場最強(qiáng)的地方，從而在放電管中部生成穩(wěn)定的等離子體球。等離子體球的精確位置可以通過波導(dǎo)終端的短路滑片來調(diào)節(jié)。ASTEX型(圖5c)反應(yīng)器是另一種常用的微波反應(yīng)器。這種反應(yīng)器是用天線將TE10模式的微波轉(zhuǎn)變?yōu)門M01模式，使得微波穿過一石英窗口后進(jìn)入沉積腔，在基片臺上方放電并產(chǎn)生等離子體球，將被拋光研磨了的直徑達(dá)10的基片置于加熱臺上并緊貼著等離子體球，在一定條件下可在基片上沉積出金剛石膜。如果將微波功率加大到5KW，這種設(shè)備可使金剛石膜的生長速率達(dá)到接近10mh-1。微波反應(yīng)器較

12、其他類型反應(yīng)器的優(yōu)勢是能使用種類更為廣泛的反應(yīng)氣體，包括高含量的氧，也能使用含氯或氟的氣體;由于不含有熱絲，使得MWCVD比HFCVD更加潔凈，因而MWCVD法成為用作電子應(yīng)用金剛石膜的首選方法7;而且由于放電區(qū)含有高濃度的等離子體粒子，使得可以通過施加偏壓來改變沉積環(huán)境，更重要的是使用這種所謂的偏壓增強(qiáng)形核(BEN)8,9，即在沉積最初的幾分鐘里在基片加熱器下施加一定的負(fù)偏壓(通常為100-200V)。認(rèn)為含碳離子在偏壓作用下加速駛向基片表面，在撞擊基片表面的同時(shí)部分滲入基片上表層，使得基片上表層生成一層富碳層。這有兩個(gè)重要作用:(1)大大提高了形核初期的速度;(2)由于受基底材料晶格的影響

13、，可以有選擇生長特定的金剛石膜。在二十世紀(jì)八十年代中后期發(fā)明的等離子體炬，等離子體炬與傳統(tǒng)的低壓HFCVD、MWCVD相比也有一些優(yōu)勢。等離子體炬的氣體流量非常高(以升每分鐘為單位而不是HF和MW系統(tǒng)的以毫升每分鐘為單位)，高流速的氣體流經(jīng)一個(gè)高能量放電區(qū)時(shí)被離子化，離子化了的粒子、原子、微粒被噴射擴(kuò)散至第二個(gè)腔體內(nèi)并以很高的速度撞擊基片。等離子體炬的第二反應(yīng)室的壓強(qiáng)可以從100Torr到1個(gè)大氣壓，其間等離子體放電卻是連續(xù)不斷的。最常用的等離子體炬是直流DC電弧噴射(見圖5d)10，它是用高而又非常穩(wěn)定的電流來使流經(jīng)的氣體離子化。等離子體炬的優(yōu)點(diǎn)是生長金剛石膜的速率是最高的，達(dá)900mh-1

14、，比HFCVD和MWCVD高出3個(gè)數(shù)量級;缺點(diǎn)是高能量消耗、高設(shè)備損耗，且沉積面積取決于噴射弧的大小(一般為12)，基片的冷卻也是一個(gè)大難題，因?yàn)樵谌绱烁吣芰肯到y(tǒng)中保持均勻一致的溫度是很困難的，即使有非常好的冷卻。而且由于噴射弧的點(diǎn)燃與熄滅所帶來的巨大熱沖擊，使得有很多材料不能用作基片，如Si太脆，易在熱沖擊中碎裂，所以基片材料通常為金屬鉬，但即使用鉬，當(dāng)炬熄滅時(shí)基片的快速收縮會使得金剛石膜從鉬基片上脫落而成為自支撐的金剛石片。如果是強(qiáng)調(diào)附著力的涂層，這個(gè)問題是十分嚴(yán)重的;另一方面，若是要制備自支撐的金剛石片，這種方法是卻又是十分合適的。氧乙炔炬是由等離子體炬演化而來的，它又稱為燃燒火焰法11

15、。因?yàn)檫@種系統(tǒng)造價(jià)低廉，可以在空氣里常壓操作而不需要復(fù)雜的真空設(shè)備使得這種方法在二十世紀(jì)八十年代初期到中期在制備金剛石膜方面作為一種獨(dú)特的技術(shù)而有一定程度的應(yīng)用。在氧乙炔系統(tǒng)中，乙炔的流量稍稍高于氧氣流量，這樣在火焰中(稱為乙炔焰)含高濃度的含碳激發(fā)態(tài)粒子。如果將基片置于火焰中，金剛石膜將以200mh-1的速率在其上生長。氧乙炔燃燒法的主要缺點(diǎn)也類同與等離子體炬，沉積面積較小，薄膜的均勻性較差，冷卻難度較大，非金剛石成分含量較高。其他一些生長金剛石薄膜的沉積方法也取得了一定的成功，包括射頻放電法、激光輔助CVD，脈沖激光沉積等，就目前而言，在所有這些方法中，MWCVD法仍然是高速率、高質(zhì)量、大

16、面積沉積金剛石薄膜的首選方法。3CVD金剛石生長的化學(xué)機(jī)理在CVD沉積金剛石膜的過程中的物理過程和化學(xué)過程是十分復(fù)雜的，但其中又都有密切相關(guān)的特征，見圖4。反應(yīng)氣體(以CH4和H2為例)在擴(kuò)散到基片表面前先混合，在擴(kuò)散途中，反應(yīng)氣體要經(jīng)過一個(gè)激發(fā)區(qū)(即熱絲或微波放電)，氣體粒子在那里獲得能量而激發(fā)，激發(fā)為反應(yīng)粒子、原子、離子和電子，并加熱到數(shù)千K，經(jīng)過激發(fā)區(qū)后這些反應(yīng)粒子繼續(xù)混合并經(jīng)歷一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后到達(dá)基片表面。這時(shí)，反應(yīng)物種有的被吸附并與基底表面反應(yīng)，有的被脫附重新進(jìn)入氣相，或擴(kuò)散到基片近表面徘徊直到有合適的反應(yīng)點(diǎn)。如果所有的條件適宜，這種表面反應(yīng)的產(chǎn)物就會是金剛石。用化學(xué)氣相沉積金

17、剛石薄膜是利用高自由能的原子碳(見圖1)在較低的溫度和壓力下合成金剛石薄膜，從圖2可見，在CVD的合成條件下石墨是碳的穩(wěn)定相，但由于石墨與金剛石之間的自由能相差很小，因此在反應(yīng)過程中大部分碳轉(zhuǎn)化為sp2結(jié)構(gòu)的石墨，有極少部分碳轉(zhuǎn)化成sp3金剛石。如果能及時(shí)有效地除去SP2結(jié)構(gòu)的石墨狀碳而留下SP3結(jié)構(gòu)的金剛石碳，金剛石薄膜的生長就能實(shí)現(xiàn)。在這一過程中基片表面大量存在的原子氫起到了關(guān)鍵的作用:1.原子氫能穩(wěn)定金剛石表面的"懸掛鍵"，防止表面石墨化;2.原子氫對SP2結(jié)構(gòu)碳的刻蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對SP3結(jié)構(gòu)碳的刻蝕能力。大量原子氫不停地將生成的石墨刻蝕掉，留下金剛石，從而使得金剛石

18、薄膜得以不斷地長大;3.原子氫能有效地與反應(yīng)先驅(qū)物質(zhì)-碳?xì)浠衔锓磻?yīng)，生成大量有利于金剛石薄膜生長的活性基團(tuán)。對于反應(yīng)先驅(qū)物質(zhì)的成分，人們先后用CH4、C2H4、H2O、CO2、CO、CH3OH、C2H5OH、C3H6O等合成了金剛石薄膜，Bachmann等人通過在70多個(gè)不同反應(yīng)器和使用不同反應(yīng)氣體的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到了"Bachmann三角相圖"1(圖6)。如圖6所示，Bachmann發(fā)現(xiàn)氣體混合物與沉積系統(tǒng)無關(guān)，當(dāng)氣體組成緊靠近CO線上方時(shí)，才有可能生長金剛石。這就意味著氣相反應(yīng)先驅(qū)的本性與金剛石的生長無關(guān)，同時(shí)也意味著在這種氣相化學(xué)中反應(yīng)先驅(qū)氣體可以被迅速而又有效地分解

19、為更小的反應(yīng)粒子。目前CVD法制備的金剛石薄膜為多晶金剛石，晶粒生長由于受沉積溫度、含碳?xì)庠礉舛鹊韧饨缫蛩氐挠绊懚纬刹煌木?，一般為任意取向的金剛石膜，但如果精確控制沉積條件，可以得到高取向度的金剛石膜12,見圖7。晶粒最終體現(xiàn)為哪一種晶面取決于各晶面的法向生長速度。這通常用一個(gè)叫的參數(shù)來描述。對的定義是:=，這里V100和V111是晶面(100)和(111)的法向生長速度。對單晶來講，=1時(shí)為立方體;=3時(shí)為八面體;當(dāng)在1和3之間時(shí)，晶體也是立方體和八面體的復(fù)合體。對于多晶膜來說，控制著膜的織構(gòu)，通過調(diào)節(jié)薄膜生長的工藝參數(shù)，可制備出不同織構(gòu)的金剛石薄膜以適應(yīng)不同的需要:如從硬度來講，不同

20、織構(gòu)的多晶金剛石膜的硬度相差很大，有:(111)形(110)形(100)形，因此將金剛石薄膜用于刀具涂層，(111)織構(gòu)的金剛石膜比較適合;用于光學(xué)的金剛石薄膜，需要表面平整、排列緊密的高取向度的(100)形織構(gòu)的金剛石薄膜。4金剛石薄膜的應(yīng)用正是由于金剛石的優(yōu)異性質(zhì)，加上CVD法大大降低了金剛石的生產(chǎn)成本而CVD金剛石薄膜的品質(zhì)逐漸趕上甚至在一些方面超過天然金剛石而使得金剛石薄膜廣泛地用于工業(yè)的許多領(lǐng)域:4.1工具領(lǐng)域13，14,15隨著汽車、航空和航天工業(yè)的發(fā)展以及對材質(zhì)輕量化、高比強(qiáng)度的要求日益提高，有色金屬、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)、纖維增強(qiáng)金屬(FRM

21、)以及石墨、陶瓷等新材料在工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，因而對加工這些材料的刀具提出了更高的要求，金剛石的高硬度，耐磨損，高熱導(dǎo)，低熱膨脹系數(shù)，低摩擦系數(shù)，化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)使得金剛石是加工非鐵系材料的理想工具材料。HTHP金剛石在二十世紀(jì)60年代就被用于刀具領(lǐng)域，但由于其制備工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，刀具種類受限而限制了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用;將金剛石薄膜直接沉積在刀具表面，能極大地延長刀具的使用壽命，加工質(zhì)量也大為提高。表2為常見硬制涂層材料力學(xué)及熱學(xué)性質(zhì)16;圖8顯示了用金剛石涂層的刀具與無涂層的刀具的加工性能對照17。表3常見硬制涂層材料力學(xué)及熱學(xué)性質(zhì)Table3.Mechanicalandthermal

22、propertiesofsomecommonmaterialsforhardcoatingMaterialsMeltingPointHardnessHVMpaYoung'sModuluskN/mm2ThermalExpansionCoefficient10-6k-1ThermalConductivityW/(m.K)Al2O32047210004006.525Diamond380080000105011100c-BN273050000440SiC2760260004805.384Si3N41900170003102.517TiN2950210005909.330WC2776230007

23、204.0354.2熱沉領(lǐng)域18，19目前國內(nèi)半導(dǎo)體功率器件采用銅作熱沉，在同時(shí)要求絕緣的場合采用氧化鈹陶瓷。但氧化鈹在制備過程中有劇毒物質(zhì)產(chǎn)生，在發(fā)達(dá)國家已禁止使用。金剛石在室溫下具有最高的熱導(dǎo)率，是銅、銀的5倍，又是良好的絕緣體，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成電子器件的理想散熱材料。表4為常用電子封裝材料的物性對照表20。表4常用電子封裝材料物性對照表Table4.PropertiesofCVDDiamondandotherElectronicPackagingMaterialsMaterialThermalConductivity,(W/cm/°K)ThermalExp

24、ansionCoefficient，(×10-6/°K)CVDDiamond12-181.2Alumina0.258AluminumNitride1.74.6Beryllia2.56.4CuW/90/101.76.5Silver4.119Copper3.917Silicon1.54.1GaAs0.446.5采用金剛石熱沉(散熱片)的大功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)用于光通信,在激光二極管、功率晶體管、電子封裝材料等方面都有應(yīng)用;金剛石熱沉商品也已在國外市場出現(xiàn)。金剛石熱沉的另一應(yīng)用前景是用于正在發(fā)展之中的多芯片技術(shù)(MCMs，MultiChipModules),這一技術(shù)的目標(biāo)是把許多

25、超大規(guī)模集成電路芯片以三維的方式緊密排列結(jié)合成為超小型的超高性能器件，而這些芯片的散熱則是該技術(shù)的關(guān)鍵，顯然金剛石薄膜是解決這一技術(shù)難題最理想的材料。4.3光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域21，22,23金剛石的光學(xué)吸收在0.22m左右，相當(dāng)于真空紫外光波段，從此位置直到毫米波段，除位于5m附近由于雙聲子吸收而造成的微弱吸收峰(吸收系數(shù)12.3cm-1)外，不存在任何吸收峰。金剛石膜作為光學(xué)涂層的應(yīng)用前景非常好。在軍事可用作紅外光學(xué)窗口和透鏡的涂層。在民用方面可用作在惡劣環(huán)境(如冶金，化工等)下工作的紅外在線監(jiān)測和控制儀器的光學(xué)元件涂層。CVD金剛石膜通常沉積溫度在8001000左右,大多數(shù)光學(xué)材料襯底都不允許在

26、這樣高的溫度下沉積金剛石膜,因此在低溫下沉積金剛石膜的技術(shù)就成為金剛石膜光學(xué)涂層應(yīng)用的關(guān)鍵.目前采用微波等離子體CVD方法已能在140的低溫下沉積質(zhì)量可以接受的多晶金剛石膜24.該技術(shù)的關(guān)鍵是必須在沉積氣氛中引入大量的氧,依靠原子氧在低溫下對非金剛石碳的較強(qiáng)刻蝕作用保證金剛石膜的低溫沉積.在280用微波等離子體CVD方法沉積的金剛石膜,金剛石晶粒尺寸僅0.2m左右,因此表面非常平整,不需要拋光就可以在紅外波段應(yīng)用.但由于沉積溫度低,膜的生長速度也相當(dāng)?shù)?這是低溫沉積技術(shù)的一個(gè)不足之處.當(dāng)前正在發(fā)展的用鹵素化合物作為碳源的沉積技術(shù),以及激光CVD技術(shù)很有可能成為更好的金剛石膜低溫沉積技術(shù).金剛石

27、膜光學(xué)涂層已經(jīng)開始實(shí)用化,如X-射線光刻技術(shù)的掩膜,紅外光學(xué)器件涂層及X-射線窗口等等。4.4電子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域26,27,28,29金剛石與現(xiàn)有半導(dǎo)體材料相比，具有最低的介電常數(shù)，最高的禁帶寬度，極好的電子及空穴遷移率及最高的熱導(dǎo)率。它有可能制備微波甚至于毫米波段超高速計(jì)算機(jī)芯片，高電壓高速開關(guān)及固體功率放大器，它們的工作溫度可達(dá)600。金剛石制備電子器件的應(yīng)用已取得了初步的結(jié)果，目前實(shí)現(xiàn)的金剛石薄膜半導(dǎo)體器件有金剛石薄膜發(fā)光管、金剛石薄膜場效應(yīng)管、金剛石薄膜熱敏電阻等。表5列出金剛石和一些常用半導(dǎo)體材料的某些特征參數(shù)。表中禁帶寬度與半導(dǎo)體上限工作溫度有直接關(guān)系，金剛石居各半導(dǎo)體材料的首位。低介電常數(shù)則有利于超高頻及微波段的大功率輸出。表3為常用電子材料的性質(zhì)對比。表5常用電子材料的性質(zhì)對比Table5.PropertiesofsomecommonelectricalmaterialsMaterialBandGap(eV)CarrierMobility(cm2/V.s)DielectricCon