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港大工程團隊研製5吋「終極半導體」鑽石晶圓 硬度超傳統2倍

BasTech

港大工程團隊研製5吋「終極半導體」鑽石晶圓 硬度超傳統2倍
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港大工程團隊研製5吋「終極半導體」鑽石晶圓 硬度超傳統2倍

2026年03月18日 12:08 最後更新:12:24

香港大學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、厚度僅3毫米的超硬鑽石(金剛石)晶圓。該晶圓的維氏硬度高達208.3 GPa,是常規金剛石硬度的2倍,被視為突破半導體材料技術瓶頸的重要成果。

採用團隊新研發的「微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)」技術製作的大尺寸鑽石(金剛石)晶圓

採用團隊新研發的「微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)」技術製作的大尺寸鑽石(金剛石)晶圓

鑽石雖被視為「終極形態」的半導體材料,但其導熱和耐輻射性能遠超硅與碳化硅等傳統材料。然而,傳統高溫高壓(HPHT)和化學氣相沉積(CVD)技術一直難以兼顧大尺寸與高硬度。

為克服此限制,團隊創新採用「微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)」技術,並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,成功實現了英寸級超硬晶圓的量產關鍵突破。此技術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波動,打破了傳統穩定生長模式的限制。這種動態調控機制不僅強化了表面重構與缺陷過程,還有效促進了特殊微觀結構的形成。

測試結果顯示,該晶圓的耐磨性達普通多晶金剛石的7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,有效抑制了位錯運動。此外,相關的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。

領導研究的陸洋教授表示:「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。」

這項研究成果已發表於國際頂尖學術期刊《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」。

香港浸會大學(浸大)對行政長官發表的《香港特別行政區經濟和社會發展第一個五年規劃(2026—2030年)》及《2026年施政報告》表示高度歡迎。校方認為,今年適逢國家「十五五」規劃開局,相關施政部署能主動對接國家發展戰略,為香港未來的人才培育與整體佈局勾劃出清晰藍圖,更有助香港更好融入並服務國家發展大局。

浸大校董會暨諮議會主席及香港浸會大學基金董事局主席黃英豪博士(中)及浸大校長衞炳江教授(右)

浸大校董會暨諮議會主席及香港浸會大學基金董事局主席黃英豪博士(中)及浸大校長衞炳江教授(右)

浸大校董會暨諮議會主席黃英豪博士表示,十分支持特區政府將五年規劃作為香港中長期發展的重要藍圖,為教育、科技、人才及社會發展訂立明確方向。他特別提到施政報告中推動高等教育國際化及強化「留學香港」品牌的政策。黃博士強調,浸大將積極配合國家及本港發展,推動卓越教學,並發揮浸大在人文與科技融合方面的優勢,將創新科技與文化創意、健康醫療等學科結合,致力培育新一代人才,推動香港成為國際高端人才集聚高地。

浸大校長衞炳江教授則對政府推進北部都會區大學城的建設表示大力支持。他認為,新田、洪水橋及打鼓嶺等大學城的佈局,有助院校按各自優勢制定發展方向,發揮「政、產、學、研、投」的協同效應。衞教授指出,浸大可以在中醫藥、大健康、人工智能、藝術科技及運動科技等優勢領域,與園區內的科研機構及院校開展協同研發與人才培訓,促進創新鏈與產業鏈更緊密銜接。

對於政府將「大學城籌劃及建設組」提升為「大學城建設及發展委員會」,並引入專家非官方委員,衞教授亦表示歡迎,認為此舉能為北都大學城的長遠策略提供權威督導,並激勵院校推動研發成果轉化。針對施政報告提出在2029/30學年將非本地學生數目增至10萬人的目標,衞教授透露浸大在2026/27學年的本科非本地新生已創歷史新高。校方將配合加快建設學生宿舍等配套措施,進一步吸引海內外優秀學生,壯大香港人才庫。

此外,浸大樂見政府支持發展特色學科及跨學科領域,並增加「一帶一路獎學金」及教資會資助的研究院名額。浸大指出,這些措施能支持專上教育擴容提質,提升整體科研實力,校方亦會加強到「一帶一路」沿線地區推廣招生。

浸大。巴士的報記者攝

浸大。巴士的報記者攝

因應政府致力打造香港成為「國際創新科技中心」,浸大表示將繼續建基於近年成立的前海科技創新創業研究院、中醫藥轉化研究所及藝術科技孵化中心等基礎,積極融入「三大創科園區、五大研發機構」的新格局。衞教授表示,浸大將把握大灣區科技與產業合作的機遇,推動研究成果實現在「香港出發、灣區轉化、邁向國際」的目標,為國家現代化建設作出貢獻。

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