钻石提纯难度之后,钻石加工难度是最大的一个。金刚石中虽有集中的金刚石矿床,但含量太少。然而,用金刚石作为芯片的基材进行切割将是一个难题。用金刚石切割效率低,成本高,只能用硬度更高的人造材料。如果要替代硅,每年6万多吨的金刚石去哪里找?提纯钻石很难。钻石含有或多或少的杂质。用目前的技术很难除去这些杂质。

金刚石能否代替芯片的基体材料硅?

金刚石要能代替芯片的基本材料硅的话,母猪都能上树。在半导体发展历史上,最初流行锗半导体,不久就被硅半导体打败,最终硅统治了半导体王国,锗半导体仅在少数领域刷存在感。实话实说,金刚石虽然能俘虏女人的心,但在半导体行业人士眼里,商业价值甚至比不过锗。下面,我条分缕析,一一解析原因。要替代硅,元素含量必须丰富,容易开采硅被称为“上帝赐给人类的财富”,原因之一是,它占地壳总质量的26.4%,是仅次于氧的含量第二丰富的元素,随便抓起一把沙子、泥土,拿起一块石头,里面都含有大量的硅的氧化物——二氧化硅。

相比之下,锗的含量只有100万分之7,含量十分稀少,而且几乎没有比较集中的锗矿,这就造成锗的开采成本是硅的几百倍,商业价值很低。金刚石虽然有集中的金刚石矿,但含量太少了。2015年,全球半导体级的多晶硅需求超过6万吨,每年都在增长。想要替代硅的话,上哪去找每年6万多吨的金刚石?金刚石提纯难金刚石含有或多或少的杂质,要去除这些杂质,以目前的科技,很难做到。

而硅的提纯相对容易得多,将硅石在电弧炉中熔化,用碳或石墨还原,得到硅含量98.5%的工业硅(又叫“金属贵”),然后粉碎成微细粉末,与液态氯化氢(不是盐酸,盐酸是氯化氢的水溶液)在大约300摄氏度发生反应,生成三氯氢硅,经蒸馏、精制,获得很高的纯度,然后将高纯三氯氢硅与超高纯氢发生还原反应,得到纯度99.999999999%的多晶硅(比纯金多7个9),然后拉制单晶硅。

一根直径12英寸(目前最大)的单晶硅棒,高约2米,重约350公斤,纯度99.999999999%,相当于100亿个硅原子中,允许1个杂质原子存在。从上述过程可以看出,硅的提纯就是一系列连续的氧化、还原反应。要让化学反应产生,元素的化学性质需要相对活泼,但金刚石的主要成分是碳元素,碳的化学性质远不及硅活泼,难以进行去除杂质的氧化、还原反应,纯度提升很难。

金刚石加工难在提纯难关之后,加工的难题才是最大的难题。制作芯片前,单晶硅棒需要切成薄片,硅的硬度虽然高,但可以利用自然界最硬的物质金刚石进行切割。但,用金刚石做芯片基体材料,切割将是难题,用金刚石切割金刚石,效率低,费用高,只能用硬度更高的人造物质。目前已知硬度最高的人造物质是碳炔,硬度是金刚石的40倍,但还处于试验阶段,未到大规模商业化阶段。

如何将金刚石切片,现在还没有很好的解决办法。就算不久的将来,碳炔能顺利商用,金刚石能被切成薄片,真正的难题来了:如何制造绝缘膜?在硅片上制造绝缘膜非常方便,将硅片放到900摄氏度左右的高温水蒸气环境中,硅片就会与氧发生热氧化反应,在表面生长硅氧化膜——二氧化硅(玻璃的主要成分),然后对其涂抹光刻胶,进行刻蚀,再配合其它工艺和材料,就可以得芯片。

硅氧化膜具有不吸潮、耐酸碱、导热性好、光学性能稳定、绝缘性能良好的特点(感觉抽象的,脑想想玻璃的特点),是芯片制作的前提,而且通过硅这种基体材料就可以方便地得到硅氧化膜,正是因为硅氧化膜如此重要,得来又如此容易,加上硅含量丰富,所以硅才被称为“上帝赐给人类的财富”。金刚石做芯片基体的话,氧化膜从那里来?金刚石本身是纯碳,其氧化物是二氧化碳,常温下是气态,充当绝缘?那是不可能的,一形成人家就跑到空气中逍遥自在了。

钻石是世界上最坚硬的宝石,那用什么切割和打磨它?

人类在大自然中发现的最坚硬的物质就是钻石,摩氏硬度为10,可以划伤一切物体(无论合成还是天然)。△切磨后的钻石呈现出迷人的闪光和火光,令人神往鉴于这样的定义,有人就想知道,图上这样锋利的刻面和迷人的光彩究竟是如何实现打磨钻石的呢?△切磨好的钻石,用镊子夹持观察,因为钻石具有亲油性,很容易附着手上的汗水油渍答案很简单,能够切磨钻石的只有钻石。

也就是说,这些切磨钻石的工具都是有一定使用寿命的,一段时间之后它便被摧毁的不能再继续使用了。△切磨师在仔细观察在沙盘上也会撒有钻石粉用来磨光钻石的一些刻面。毕竟宝石级以外的钻石都是工业级钻石,不能应用到佩戴的珠宝中去,很多就默默成为了制作过程中的贡献者。△即使是现代切磨,也一定程度上需要切磨师手工修饰△钻石原石晶体钻石原石具有完整或一定程度的八面体结构,也就是图上的由8个三角形拼成的双锥体。

这是钻石晶体最坚固且极难切割和研磨的方向,通常会被避免。钻石经过切割打磨后,会产生各种透光变化,形成美丽的光影变化。随着现代科技的发展,激光切割钻石得到应用,即使切割效率大大提高,仍然需要人工修改。△蒂芙尼


文章TAG:金刚石  中乌  嫁接  钻石  加工  金刚石怎么加工成钻石  中乌技术嫁接造出大金刚石  
下一篇