近日，西安交大王宏興教授團隊采用微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）技術，首次在Ir（111）/藍寶石表面實現單晶金剛石（111）面的外延生長，并成功實現20×20 mm2（111）取向的異質外延單晶(jing)金剛石自支撐襯底。通過SEM、XRD以及EBSD表征，XRD（111）搖擺曲線半峰寬小于0.6°，證明金剛石（111）具有良好的單晶(jing)特征，達(da)到世界領先水(shui)平。

       氮(dan)化鎵（GaN）作為(wei)第三代半(ban)導(dao)(dao)體(ti)材料的典(dian)型代表，在(zai)禁帶(dai)寬度、擊穿(chuan)場強、電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)遷移率(lv)(lv)、熱(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)、最高(gao)(gao)工作溫度等(deng)關鍵(jian)性能上更(geng)具優勢。GaN功(gong)(gong)率(lv)(lv)器(qi)件(jian)擁(yong)有(you)高(gao)(gao)轉換效率(lv)(lv)、低導(dao)(dao)通(tong)損耗、高(gao)(gao)工作頻率(lv)(lv)、大(da)帶(dai)寬以及(ji)高(gao)(gao)功(gong)(gong)率(lv)(lv)密(mi)(mi)度，已廣泛應用(yong)于通(tong)信、雷(lei)達(da)、衛星、電(dian)(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)等(deng)領域。隨著(zhu)器(qi)件(jian)向更(geng)小(xiao)尺(chi)寸、更(geng)大(da)功(gong)(gong)率(lv)(lv)和更(geng)高(gao)(gao)頻率(lv)(lv)的方向發(fa)展(zhan)，器(qi)件(jian)結區尺(chi)寸減小(xiao)，熱(re)流密(mi)(mi)度大(da)幅度增加，導(dao)(dao)致(zhi)結溫急劇升(sheng)高(gao)(gao)，嚴重限制了功(gong)(gong)率(lv)(lv)密(mi)(mi)度的進一步提(ti)升(sheng)，甚至可(ke)(ke)導(dao)(dao)致(zhi)器(qi)件(jian)的燒毀。以超(chao)高(gao)(gao)熱(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)的金(jin)(jin)剛(gang)石材料作為(wei)熱(re)沉，可(ke)(ke)有(you)效地改(gai)善GaN基高(gao)(gao)功(gong)(gong)率(lv)(lv)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)器(qi)件(jian)的自熱(re)效應。然而，鍵(jian)合技術(shu)會不可(ke)(ke)避免地在(zai)兩(liang)種晶(jing)圓界面處產生熱(re)阻較高(gao)(gao)的無(wu)定形中(zhong)間層，影響散熱(re)，無(wu)法完全發(fa)揮金(jin)(jin)剛(gang)石在(zai)熱(re)管理(li)領域的巨大(da)潛力(li)。研(yan)發(fa)大(da)面積、高(gao)(gao)質量(liang)單(dan)晶(jing)（111）金(jin)(jin)剛(gang)石襯底的研(yan)制就(jiu)顯得迫(po)在(zai)眉睫。

       研究顯示(shi)(shi)，金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)（111）單(dan)晶薄膜(mo)在Ir（111）/藍(lan)寶石(shi)(shi)表面(mian)(mian)隨外延生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)形貌，外延生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)1小時(shi)后(hou)，形成了密集的(de)(de)(de)(de)六方(fang)結(jie)構單(dan)晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)（111）連續(xu)薄膜(mo)。隨著外延生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)時(shi)間增加，六方(fang)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)逐(zhu)漸(jian)閉合成連續(xu)平(ping)整(zheng)的(de)(de)(de)(de)薄膜(mo)。外延生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)10小時(shi)后(hou)，形成了平(ping)坦的(de)(de)(de)(de)單(dan)晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)（111）表面(mian)(mian)。金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)（111）表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)EBSD測試圖譜結(jie)果顯示(shi)(shi)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)（111）面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)晶向具有良好的(de)(de)(de)(de)均勻性。（111）面(mian)(mian)單(dan)晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)XRD測試結(jie)果顯示(shi)(shi)在20-125°的(de)(de)(de)(de)掃(sao)描(miao)范圍(wei)內只存在氧(yang)化鋁(lv)襯底(di)，Ir（111）以及金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(111)峰，經過長(chang)(chang)(chang)時(shi)間生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)(chang)后(hou)得到(dao)20×20×0.5 mm2的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(111)自(zi)支撐襯底(di)。金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)（111）面(mian)(mian)搖擺曲線(xian)半高(gao)寬為0.6°，證(zheng)明金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)(111)面(mian)(mian)具有良好的(de)(de)(de)(de)單(dan)晶特征。