国家实验室(位于伊利诺州的Argonne)的研究人员成功地开发了一种被命名为超纳米结晶膜的金刚石薄膜。此种薄膜技术预计将大大加速MEMS(微机电系统)技术的发展。此种薄膜将金刚石本质的优良机械性能,摩擦性能,和热性能(优异的硬度,耐磨损性,和极低的摩擦系数等)引入了迅猛发展的MEMS领域。
迄今为止,许多MEMS装置由于采用的硅材料,在耐久性和耐摩擦方面不够理想,因而不能胜任;现在由于超纳米结晶膜的出现,有望可以得到解决。例如,微型马达中的齿轮如果采用硅材料来做,由于转速必须接近每分钟400000转才能进行某些机械加工,不出几分钟,齿轮就将因磨损而失去作用。
超纳米结晶膜是采用Argonne的专利技术,化学气相淀积(CVD)方法生成的。薄膜呈现独立的金刚石结构,厚度约为100到300nm,摩擦系数可以低到0.01。CVD过程是在氩等离子体中,使fullerence圆球(由60个纯碳原子组成的球形分子),裂化成为双原子的碳分子(二聚物)。
在Argonne随后进行了其它方法的研究,也取得了同样的效果。它在氩等离子体中,引入甲烷,如果没有或很少有氢存在时,也可以产生同样的膜。例如在硅晶圆片上预先准备好微细的金刚石粉末,生成球形的等离子体使之包围晶圆片或其它材料。当碳二聚物在等离子体中的晶圆片上形成时,这些碳二聚物形成直径大约为3到5nm的结晶,并自动排列成薄膜。