看見潛力 「新鑽石黏合技術」有助量子技術革新李佩璇 (2024-10-25 14:49:33)

科學家開發了一種新的技術，能將鑽石直接「黏合」到量子與電子材料上，克服了先前將鑽石與電子設備整合的挑戰，有望幫助量子計算早日走入生活日常。

編譯／高晟鈞

科學家開發了一種新的技術，能將鑽石直接「黏合」到量子與電子材料上，克服了先前將鑽石與電子設備整合的挑戰，有望幫助量子計算早日走入生活日常。

人造鑽石的特性

量子電腦因為極其敏感，所以通常需要在極低溫下的環境運作，而人造鑽石因耐用性極佳、介電強度高、導熱性好且具有寬頻隙（能隙），因此成為理想的量子材料。不過，與珠寶商不同，科學家更喜歡具有「缺陷」的鑽石，這種精確設計的缺陷被稱為「氮空位中心」，無論是對於量子技術或電子產品來說，具有氮空位中心的鑽石更符合其對於物理特性的要求。然而，從商業化的角度來說，鑽石實際上非常糟糕。

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外延生長是半導體製造的核心製程，與其性能息息相關，當基板材料與外延材料相同時，則稱為「同質外延」，反之則稱為「異質外延」。鑽石恰恰只能同質外延，這意謂著，將鑽石整合到量子電腦、感測器、手機或其他設備時，除了無法借助其他材料揚長補短，鑽石本身的體積也過於龐大且昂貴。因此，即使鑽石薄膜表現出再優異的特性，都難以真正整合至設備上。

徹底改變量子技術

鑽石之所以堅硬、耐用，是因為每個碳原子都與其他四個碳原子共享電子，這種「共價鍵」打造了鑽石穩定的內部結構。然而，當附近沒有碳原子可以形成共價鍵時，碳與另一原子便會轉而形成一種特殊的「懸空鍵」。

利用這項特性，研究人員對鑽石與載體基材進行了表面處理，並成功將鑽石與矽、藍寶石和鈮酸鋰等材料直接黏合，無需任何中間物質作為「膠水」，就像是兩個比較平滑的「魔鬼氈」表面。

研究人員已經為該製程申請了專利，並透過芝加哥大學創業與創新中心將其商業化。這項新技術極有可能影響量子手機或電腦製造的方式，為基於鑽石的量子技術帶來類似CMOS的革命。

資料來源:ScitechDaily

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