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高品质金刚石在光子学的应用

时间:2024-01-23浏览次数:78

高纯度的金刚石,在紫外线到太赫兹乃至更高的频率范围内都会呈现出透明的状态。它具有任何块状材料中最高的室温热导率(>铜的5倍),同时具有热光系数较低。这些特性使金刚石光学元件成为了高功率工业激光应用的理想选择,包括机械加工、焊接和增材制造,它适用于电磁频谱的许多不同部分。


此外,金刚石是地球上已知最硬的物质,它非常坚硬和坚固,因此也非常适合那些需要坚固的光学与红外组件的国防和安全应用,并且能够在极具挑战性的环境中发挥作用。


光学质量的CVD金刚石有单晶、多晶两种形式。多晶金刚石的优点是可用于直径达135毫米的大尺寸大面积器件。比如,它可以作为高功率10.6 μm CO2激光器的窗口,用于极紫外(EUV)光刻系统,用于最先进的半导体器件制造节点。


这项技术的动力是保持摩尔定律的步伐,它严重依赖于合成、加工严格的光学质量标准的金刚石窗,因为没有其他光学材料可以在所需的极端激光条件下工作。


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在波长短于约1.5 μm时,多晶CVD金刚石中的散射损耗,意味着在该范围内的大多数应用都是使用单晶金刚石来解决的。由于目前可用的金刚石衬底的尺寸限制,单晶金刚石元件的长度通常在5-10mm左右,尽管一些生产商正在开发非金刚石衬底上的大面积单晶金刚石,但由于其相对较高的内部应变,这种材料不能用于所有光学应用。


尽管存在尺寸限制,一些单晶CVD金刚石光子学技术已经被开发出来,比如基于独特的低光吸收、低双折射晶体的金刚石拉曼激光器。


这些非线性激光器利用受激拉曼散射现象,将泵浦光束转换为斯托克斯位移输出光束,从而扩大了可用激光源的范围,用于涵盖紫外到红外的新应用,包括:材料焊接、3D打印、定向能、激光雷达、遥感和激光导星(LGS)。


金刚石具有最高的拉曼增益系数之一,再加上其导热性优异,也就成为了展示功率缩放和亮度增强的理想增益介质,包括在1.4-1.8 μm的“人眼安全”光谱区域。而在此范围内,可用的激光源选择以往是受到限制的。


化合积电一直致力于为全球客户提供高质量、高稳定性和低成本的单晶和多晶金刚石,其中多晶金刚石区别于TC.1200、TC.1500和TC.1800,目前TC2000产品实际热导率≥2000W/(m·K),在广泛的波长范围内具有高透明度,非常适合高功率光电应用。通过先进的技术,制备高性能的光学级多晶金刚石,使金刚石出色的光学特性得以发挥。同时,我们可以提供激光加工、翘曲度和表面粗糙度等特殊要求的定制,实现最佳热接触。除了光学应用外,化合积电金刚石热沉片、晶圆级金刚石、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等受到了广大客户认可和青睐。

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