芯耀
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金刚石因具备超高临界电场强度、高载流子迁移率和极高热导率，被认为是“终极半导体”材料，在功率电子、射频器件及量子信息等领域具有广阔应用前景。近年来，随着中美相继将其纳入出口管制体系，金刚石材料的战略地位进一步凸显。
近日，吉林大学邹广田院士团队在大尺寸单晶金刚石制备方面取得重要进展，成功研发具有自主知识产权的“台阶流调控技术”，并制备出2英寸（50×50 mm²）单晶金刚石。相关成果发表于《Functional Diamond》。这一突破标志着我国在超宽禁带半导体关键材料——金刚石领域迈出了重要一步，为后续产业化应用奠定基础。
围绕高质量单晶金刚石制备难题，邹广田团队持续开展系统攻关，在生长机理、晶体质量控制及晶圆加工等方面取得多项原创成果：
一是提出“单晶生长区”概念，实现无多晶伴生的稳定生长；
二是揭示“一致台阶流”在籽晶拼接中的关键作用，有效实现晶体连续生长并降低工艺复杂度；
三是联合开发激光隐形切割技术，成功剥离厚度350 μm的自支撑单晶晶圆，材料在位错密度、表面粗糙度及应力控制等关键指标上达到国际先进水平。
近年来，团队先后承担广东省重点领域研发计划、工信部重点项目、海南省重点专项等，累计科研经费达5000万元，建成国内首台30 kW、2.45 GHz MPCVD金刚石生长设备，成功生长出6英寸多晶金刚石膜，平均生长速率达12 μm/h，良品率超70%；已具备批量制备1英寸单晶金刚石能力，技术成熟度达7级。在纯度控制方面，团队研发出杂质俘获与位错湮灭技术，使氮、硅杂质浓度低于PL及XPS光谱探测极限，氮杂质浓度小于5 ppb，达到国际领先水平，与元素六公司产品相当。
在这一最新突破基础上，吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室展现出更全面的战略积淀。邹广田院士团队早在1987年即研制出国内第一片CVD金刚石薄膜，实现国际首创的按设计图案选择性生长金刚石薄膜，并首次将CVD金刚石用于半导体激光器热沉（已成为大功率激光散热主流技术）。这些奠基工作直接推动了从薄膜到大尺寸单晶的技术链条。
2018年珠海分室的成立，形成“高压合成+气相生长+精密加工”的互补布局。目前团队已从1英寸批量制备跨越到2英寸，并与企业合作推动激光隐形切割装备国产化，显著降低成本。
实验室刘冰冰教授、姚明光教授团队在六方金刚石（lonsdaleite）方向实现里程碑突破。2025年2月，他们在《Nature Materials》（2025, 24, 513-518）发表论文，发现高温高压下石墨经由“后石墨相”形成六方金刚石的全新路径，并首次合成出毫米级高质量近纯相六方金刚石块材。性能测试显示：硬度155±9 GPa（超天然立方金刚石40%以上），带隙4.59 eV（超宽禁带半导体），真空热稳定性达1100℃（优于纳米金刚石900℃）。这一成果终结60余年学术争议，与立方单晶金刚石形成“双钻石”战略互补。
2026年3月，邹广田院士、李柳暗团队在《Materials Letters》发表新进展，通过臭氧表面改性优化Er₂O₃/金刚石界面：采用MPCVD双面抛光单晶基底+射频磁控溅射沉积1.3 μm立方相Er₂O₃薄膜，经臭氧处理后界面结合强度与结晶质量大幅提升，800℃空气热冲击5分钟仍保持完整无剥离，同时维持高红外透过率。该工艺为高温红外窗口抗反射涂层提供可靠路径，服务国防、航天等领域。
实验室还推进多项平台建设：突破500 GPa压力加载；推动宜昌等地超硬产业功能化布局等等。展望“十五五”，2英寸高纯单晶金刚石有望进入小批量供货，结合六方金刚石新相、红外窗口优化及国产设备，将驱动5G/6G射频、电动汽车功率器件、量子比特、生物传感器、高端光窗口等万亿级市场。
吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室60余年深耕，从1987年第一片CVD金刚石到2026年2英寸单晶+毫米级六方金刚石+界面优化，形成国内最完整的金刚石研发-制备-应用链条。这一体系支撑国家自主可控，更为全球碳基半导体与超硬技术贡献方案。随着器件集成验证与产学研融合，金刚石必将迎来全面商业化黄金期。
