地球物理学博士毛河光和赫姆利,利用高压让「钻石快速长大」的专利技术,5月间在日本及美国公开发表了一颗十克拉的钻石,震惊学术界和珠宝界。这个人造加工钻石技术生产的钻石特性就在于成本低、生产时间短、可导入量产,同时还是很好的半导体材料,可以取代硅的角色,制造晶体管密度更高、指令周期更快的芯片,预期将引发新一波的半导体产业革命。
这种人造加工钻石的技术早在三年前就发表了,利用CVD(Chemical Vapor Deposition;化学气象沈积)的方法,用高纯度甲烷、加上氢、氮等气体辅助,在微波炉中以高压方式,让甲烷中与钻石一样的碳分子不断累积到钻石原石上,钻石就一层层增生,长高长厚了。在发表初期就引起各界注意并大力投入,不过传统的人造CVD钻石,颗粒太小,呈粉末状,无法再切割,但是中研院院士毛河光改良方法,可以制出十克拉以上的钻石,他甚至表示三百克拉都不是问题,重要的是其质量甚至比天然的钻石还要好。
钻石之所以价格不斐,正是因为其生成条件的严苛,除了高温、高压之外,还要有特殊的地理条件,加上经过长时间的孕育,据说目前发现最年轻的钻石形成时代距今也有9.9亿年,而最古老的钻石的形成年代距今已超过33亿年,这也是钻石被拿来象征永恒的原因。不过CVD钻石却轻易颠覆这长久以来的印象,毛河光的学生将一颗成本不到5000美元的两克拉钻石拿给宝石专家鉴定,初步判定的价值竟然超过20万美元。
从CVD钻石的制造原理看来,就是仿真天然钻石生成的环境,加上精密的控制与计算,所以在短时间内就可以制造出具备顶级真钻质量的人造钻石。而高纯度甲烷更只要从牛粪或垃圾等物产生的沼气中提炼就可以了,这除了对宝石商未来的生计造成重大威胁之外,对于所有崇尚稀有宝石的人们也是一大打击,这种价值观的颠覆可能会产生信心危机。
不过,初步来看CVD钻石的物理特性,对于半导体技术的发展却带来了极大的帮助,钻石除了硬度最高,还是很好的导热及切割、研磨的工具,未来可以在医疗上及电子组件上有很大的用途,同时CVD钻石具备半导体特性,若能低价生产就可以取代硅,成为半导体IC的原料。而相较于硅原子,组成钻石的碳原子体积更小,更富弹性与变化,可以想见的是,未来计算机主机将比现在的手机来的小,半导体的应用空间更将大幅扩展。
CVD钻石若能顺利应用在半导体产业,摩尔定律可能因此而延续,刚好衔接硅芯片在发展多年以后,各项技术的推展已接近物理极限,最近几年摩尔定律备受挑战,CVD钻石技术的问世,也印证了几年前业界人士指出,新材料是未来半导体产业发展的重大革命,当然也是高科技产业的另一波起点。
从硅晶圆到钻晶圆,牛粪变钻石肯定是一页传奇,也再度证明随着科技能力的发展,造成绝对的价值观在未来可能都将逐渐解构,而就算科技真能无远弗届,操纵、使用科技的人们如果不能保持一个单纯、谦卑的心,就会反被科技所奴役,就算能够「点石成金」恐怕也是一文不值的愚人金吧!(廖专崇)