超硬材料网

       钻石因其耀眼的美感而备受追捧，通常以精美的珠宝展示。但是，这种固体碳也因其出色的物理和电子特性而闻名。

      在日本，由Kyo Yoshida领导的金泽大学自然科学与技术研究生院和筑波AIST的研究人员利用水蒸汽退火形成了原子级平坦的羟基封端金刚石表面。

      Diamond具有许多特性，使其在电子电源设备中的应用具有吸引力。然而，虽然肉眼看起来很完美，但钻石含有在原子水平上可观察到的缺陷，这些缺陷会产生独特的表面特性，影响它在设备中的应用方式。

      为了稳定金刚石结构，使用使用氧气或氢气的表面终止。氢封端(H端接)金刚石表面包含二维空穴气体层(2DHG)，可实现高温和高压操作。氧封端的金刚石表面是通过H端接表面的表面氧化形成的，它可以去除碳氢(CH)键和2DHG，“但这会使金刚石表面变得粗糙并导致器件性能下降，”Norio Tokuda说。金泽大学。

      为了克服这个问题，研究人员应用了水蒸气退火工艺。它们始于(111)取向的高压，高温合成单晶金刚石Ib和IIa基板。通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)在Ib基板上生长同质外延金刚石膜。为了获得原子级平坦的H端接表面，将金刚石样品暴露于MPCVD室中的H-等离子体。为了形成羟基封端的表面，对H-封端的金刚石样品进行水蒸气退火。退火处理在氮气氛下在电炉中的石英管中通过超纯水鼓泡。

      结果表明，在400℃以下的水蒸气退火过程中，CH键保留在金刚石表面; 因此，检测到2DHG。

      “然而，500°C以上的水蒸汽退火去除了金刚石表面的CH键，”Yoshida解释说，“表明2DHG消失了。”

      因此，结果表明水蒸气退火可以去除2DHG，同时保持(111)取向的金刚石表面的表面形态。

      “与去除2DHG的常规技术相比，例如湿化学氧化，”Tokuda说，“水蒸汽退火提供了保持原子级平坦表面的优势。”