【产通社，2月12日讯】在使钻石成为半导体和量子应用的可行材料的一步中，麦考瑞大学（Macquarie University）的研究人员开发了一种改变钻石表面化学的蚀刻技术。这种高度精确的技术可以用来从材料中去除1%的单个原子层。金刚石表面的精确蚀刻是通过在低于烧蚀阈值的能流下用脉冲深紫外(DUV)光照射表面来实现的。

高导热性和耐电击穿性等特性使金刚石成为高功率、高频电子设备的宝贵材料。此外，钻石表面有助于稳定量子态。以原子级精度设计钻石表面的能力可以改善电子、量子设备和先进制造中的应用，在这些领域中，即使对表面原子的配置进行微小的调整也可以显著提高设备的性能。

研究人员证明，精确传递的DUV光脉冲可以引发钻石表面的局部化学反应。该反应由双光子过程驱动，选择性地从顶部原子层移除碳原子。

利用x射线表面分析、霍尔测量和电阻测量，研究人员跟踪了钻石表面化学和电学性质的演变。

用x射线光电子能谱测量激光处理后表面粒子数的变化。研究人员发现，亚单层蚀刻剂量形式的激光处理将价带降低了多达0.2eV)。他们还观察到，激光处理后钻石表面的电导率增加了7倍——这一增强由麻省理工学院林肯实验室的团队合作者独立证实。对于去除高达1600个单层的剂量，获得了电导率的类似增强。

领导这项研究的理查德·米尔德伦教授说:“我们很惊讶，对表面进行如此微小的调整，就能产生如此大的电导率提升。”

表面化学和电性能的变化是显著的，即使当仅移除顶部晶格层的一小部分时。材料的表面性质迅速发展，即使对于去除少于5%的顶部碳单层的UV剂量和少于1焦耳每平方厘米(1 J/cm2)的通量。

蚀刻技术既快又精确。在实验中，激光仅用0.2毫秒就去除了1%的单层。速度和精度的结合使得金刚石表面的激光蚀刻技术有希望用于大规模工业应用，例如晶片加工。

新的紫外蚀刻技术可以提供一种处理或增强金刚石表面的实用方法，以有利于量子和荧光金刚石应用，以及金刚石电子学。它有可能被用来提高像场效应晶体管这样的金刚石设备的性能。

该团队认为，以原子精度设计钻石表面的能力可能成为科学和工业的一个重要工具。“这只是开始，”米尔德伦说。“我们很高兴探索如何进一步优化这项技术，以释放钻石在电子、量子技术等领域的全部潜力。”

查询进一步信息，请访问官方网站http://www.photonics.com/Articles/UV_Laser_Etching_Controls_Diamond_Surfaces_for/p5/a70570。（Robin Zhang，产通数造）