中国科学十大进展：柔性超平金刚石薄膜制备迈向规模应用

近日，国家自然科学基金委员会公布了2025年度“中国科学十大进展”，“新方法实现柔性超平金刚石薄膜规模化制备”成功入选。这一成果有望推动金刚石薄膜在新一代高性能电子器件、柔性光电子以及量子科技等方向更快落地应用。

金刚石素有“终极半导体材料”之称，其导热能力达到铜的5倍，耐压强度是硅的30倍，电子迁移速度也比现有半导体高出10倍。凭借这些突出的性能，它被认为是5G基站、电动汽车功率芯片、量子计算等前沿领域的理想材料。不过，天然金刚石储量有限、价格昂贵，传统人工合成金刚石又长期受制于尺寸和加工难题，严重限制了其在半导体产业中的大范围应用。

针对这一难题，香港大学、南方科技大学、北京大学东莞光电研究院组成的科研团队另辟新路，创新提出“边缘暴露剥离法”，实现了英寸级柔性超薄、超平整金刚石薄膜的批量制备。

图片来源：国家自然科学基金委员会

研究团队负责人、香港大学工程学院副教授褚智勤表示，这项技术的关键在于对金刚石生长过程中界面应力进行精准调控，并结合巧妙的切边设计，最终实现薄膜的完整剥离。“简单来说，就像在玻璃表面贴一层透明胶带，通过精细设计后，可以让金刚石膜像便利贴一样整片揭下，彻底改变了以往依赖打磨减薄的加工方式。”

这项技术带来了三方面的重要突破：其一，2英寸晶圆的制备时间由数小时压缩到10秒，实现了从手工式加工向机械化制造的跃升；其二，薄膜厚度达到亚微米级，甚至不到头发丝直径的百分之一，表面平整度也达到原子级；其三，金刚石薄膜表现出前所未有的柔韧性，能够实现360度弯曲。

在科学研究层面，该成果首次阐明了金刚石与衬底界面应力的动态平衡机制，建立起薄膜剥离的数学模型，为其他超硬材料加工提供了新的思路；同时揭示了亚微米厚度条件下金刚石的弹性变形机制，突破了传统断裂力学理论的预测；并实现了从原子级生长调控到厘米级制造的跨尺度整合。

“这项成果拥有广阔的应用空间：在生命健康领域，柔性金刚石薄膜具有良好生物相容性，有望用于制备可植入人体的传感器，实时采集生理指标；在太空探测方面，金刚石膜材料可在-200℃到800℃的极端环境中保持稳定，因此有望成为深空探测器的关键核心材料。”褚智勤说。

这一技术也为全球半导体产业打开了新的发展路径。当前，研究团队已经建成小试生产线，预计3年内可实现英寸级晶圆量产，这标志着金刚石半导体技术正从实验室研究加快迈向产业化阶段。

记者：温竞华、胡喆、刘祯