萊斯大學(xué)的研究人員提出了一種結(jié)合離子注入、外延生長和電化學(xué)剝離的高效方法，用于制備高質(zhì)量金剛石薄膜。首先，采用3 MeV碳離子（C2+）注入商業(yè)化學(xué)氣相沉積（CVD）金剛石襯底，形成深度約1.6 μm的非晶碳層；隨后通過微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）系統(tǒng)進(jìn)行外延生長（甲烷和氫氣為氣源，溫度約800°C），在生長過程中無需高溫退火，非晶碳層直接轉(zhuǎn)化為石墨層，并通過高分辨透射電鏡（HRTEM）和電子能量損失譜（EELS）驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)演變；最后利用電化學(xué)刻蝕選擇性去除石墨層，實(shí)現(xiàn)外延層的高效剝離，同時(shí)保留襯底的低粗糙度（0.3 nm），支持多次循環(huán)使用。該方法通過界面動態(tài)調(diào)控和原位石墨化機(jī)制，顯著提升了金剛石薄膜的純度（氮空位中心密度接近電子級標(biāo)準(zhǔn)），為量子技術(shù)和高性能電子器件提供了可持續(xù)制備方案。
