香港大学等《Nature》：批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜!

金刚石是一种特殊材料，因其有趣的特性而在各个领域具有巨大潜力。然而，尽管过去几十年来人们做出了大量努力，但生产出大量理想的超薄金刚石膜以供广泛使用仍是一项挑战。

本文， 香港大学、 北京大学东莞光电研究院王琦 研究员、南方科技大学等研究人员在《Nature》期刊 发表名为“Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membrane”的论文， 研究切边后使用胶带进行剥离的方法，能够大量制备大面积（2英寸晶圆）、超薄（亚微米厚度）、超平整（表面粗糙度低于纳米）、超柔性（可360°弯曲）的金刚石薄膜。制备的高品质薄膜具有平坦的可加工表面，能够允许进行微纳加工操作，超柔性特点使得能够直接用于弹性应变工程，以及变形传感应用。

这些高质量的膜具有平坦的可加工表面，支持标准的微型制造技术，其超柔性可直接用于弹性应变工程和形变传感应用，而体积庞大的同类产品则无法实现这一点。，通过系统的实验和理论研究，该研究表明，剥离薄膜的品质取决于剥离的角度和膜厚度，而且能够在优化的操作窗口稳健地制备大面积且基本保持完整的金刚石薄膜。这种一步得到金刚石薄膜的方法，为大规模制备高品质金刚石薄膜提供路径，有可能加快金刚石材料在电子学、光子学等相关领域的商业化应用。

图1、剥离晶圆级金刚石膜。

图2：剥离金刚石膜的详细特征。

图3. 机械剥离金刚石薄膜的超平整性。

图4：柔性金刚石膜用于可穿戴电子产品应用。

图5：影响机械剥离金刚石膜质量的因素。

研究表明，边缘暴露剥离法是商业化生产可转移的晶圆级超薄超平金刚石膜的一种简单而快速的方法。通过实验演示和计算分析确定的最佳操作窗口为实现标准工业化生产提供了指导。此外，该方法具有可扩展性，适用于任何厚度和尺寸的膜。与标准单晶块状金刚石相比，我们的膜显示出相似的光学特性（450纳米波长下折射率约为2.36）、热导率（约1,300Wm-1K-1）和电阻率（约1010Ω）。与其他方法不同的是，利用我们的方法制得的膜非常平整（粗糙度小于1nm），可以进行精确的微加工和纳米加工。厘米级样品的支撑变形（约4%应变）实现了宏观层面的弹性应变工程，为下一代基于金刚石的电子器件（如场效应晶体管、p-n结二极管）、光子器件（如拉曼激光器、紫外线探测器、平面光子器件，包括金属透镜和元表面）提供了可能性、 光子结构，包括环形和空腔谐振器、波导、纳米柱）、机械（例如机械悬臂、微型机电系统装置）、热学（例如片上散热器）、声学（例如表面声波滤波器、平面声学超材料）和量子技术（例如可扩展和可定制的装置）。