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由香港大學（港大）工程學院機械工程系陸洋教授與北京科技大學新材料技術研究院李成明教授共同領導的研究團隊，成功研製出直徑達5英吋超硬鑽石（金剛石）晶圓，厚度僅3毫米及硬度超過200 GPa，較傳統人造金剛石硬度倍增，突破半導體材料技術瓶頸。這項科研突破為超硬鑽石在精密加工、半導體技術以及航空航天工程等高規格應用領域的發展，奠定了重要基礎。

鑽石（金剛石）被視為半導體材料的「終極形態」，雖在導熱和耐輻射性能上遠超硅與碳化硅等傳統半導體材料，但傳統高溫高壓（HPHT）和化學氣相沉積（CVD）技術始終無法兼顧大尺寸與高硬度。

為克服上述限制，團隊創新採用「微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）」技術，配合高頻循環脈衝氮摻雜工藝，在金剛石生長過程中構建動態非平衡環境，成功實現英寸級超硬晶圓量產關鍵突破。透過在等離子體中以高頻方式交替加入氮源，使等離子體活性基團的組成和生長溫度在極短時間內持續發生波動，從而打破傳統穩定生長模式限制。這種動態調控機制不僅強化表面重構與缺陷過程，還有效促進特殊微觀結構形成。新技術讓金剛石在保持高純度和高緻密度，為超大尺寸超硬材料的規模化生長提供了新的技術途徑。

測試顯示，該晶圓耐磨性達普通多晶金剛石7倍，維氏硬度可高達208.3 GPa，是常規金剛石硬度的2倍，並能在單晶金剛石表面留下清晰劃痕。透過高倍電子顯微鏡分析，團隊發現晶圓內部形成了密度高達 4.3×10¹² cm⁻² 的三維互鎖堆垛層錯網絡結構，有效抑制位錯運動。摻氮生長技術亦適用於複雜三維結構表面，可直接運用於刀具與機械元件上，為高端現代電子工業提供新的材料方案。

陸洋教授表示：「這項大尺寸超硬鑽石晶圓的突破，將為金剛石在極端環境探測、先進製造業及半導體熱管理等領域的應用打開新局面。我們期待新技術為第三及四代半導體材料發展注入強心針。」

研究成果已發表於《自然—通訊》（Nature Communications），文章標題為 「 Inch-scale Ultrahard Diamond Wafer with 200 GPa Hardness via High-Frequency Pulsed Local Non-Equilibrium Growth」。

論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-66456-7

關於陸洋教授
陸洋教授現為港大工程學院機械工程系納米力學講座教授及建滔基金教授（物料工程），同時擔任港大工程學院副院長（內地事務）。他長期從事微納米力學研究，致力於發展先進原位力學實驗技術，揭示半導體及超構材料的微觀變形機制，並闡明多場耦合下力學與光電物理特性演化規律；同時結合多尺度力學設計方法，開發具高強度與高韌性等優異特性的力學超構材料與半導體器件，已於 Science、Nature Materials、Nature Nanotechnology 等學術期刊發表逾 300 篇論文，並持有多項美國專利。

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