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點石成金
從矽晶圓到鑽晶圓,牛糞變鑽石肯定是一頁傳奇

【作者: 廖專崇】   2005年12月05日 星期一

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地球物理學博士毛河光和赫姆利,利用高壓讓「鑽石快速長大」的專利技術,5月間在日本及美國公開發表了一顆十克拉的鑽石,震驚學術界和珠寶界。這個人造加工鑽石技術生產的鑽石特性就在於成本低、生產時間短、可導入量產,同時還是很好的半導體材料,可以取代矽的角色,製造電晶體密度更高、運算速度更快的晶片,預期將引發新一波的半導體產業革命。


這種人造加工鑽石的技術早在三年前就發表了,利用CVD(Chemical Vapor Deposition;化學氣象沈積)的方法,用高純度甲烷、加上氫、氮等氣體輔助,在微波爐中以高壓方式,讓甲烷中與鑽石一樣的碳分子不斷累積到鑽石原石上,鑽石就一層層增生,長高長厚了。在發表初期就引起各界注意並大力投入,不過傳統的人造CVD鑽石,顆粒太小,呈粉末狀,無法再切割,但是中研院院士毛河光改良方法,可以製出十克拉以上的鑽石,他甚至表示三百克拉都不是問題,重要的是其品質甚至比天然的鑽石還要好。


鑽石之所以價格不斐,正是因為其生成條件的嚴苛,除了高溫、高壓之外,還要有特殊的地理條件,加上經過長時間的孕育,據說目前發現最年輕的鑽石形成時代距今也有9.9億年,而最古老的鑽石的形成年代距今已超過33億年,這也是鑽石被拿來象徵永恆的原因。不過CVD鑽石卻輕易顛覆這長久以來的印象,毛河光的學生將一顆成本不到5000美元的兩克拉鑽石拿給寶石專家鑑定,初步判定的價值竟然超過20萬美元。


從CVD鑽石的製造原理看來,就是模擬天然鑽石生成的環境,加上精密的控制與計算,所以在短時間內就可以製造出具備頂級真鑽品質的人造鑽石。而高純度甲烷更只要從牛糞或垃圾等物產生的沼氣中提煉就可以了,這除了對寶石商未來的生計造成重大威脅之外,對於所有崇尚稀有寶石的人們也是一大打擊,這種價值觀的顛覆可能會產生信心危機。


不過,初步來看CVD鑽石的物理特性,對於半導體技術的發展卻帶來了極大的幫助,鑽石除了硬度最高,還是很好的導熱及切割、研磨的工具,未來可以在醫療上及電子元件上有很大的用途,同時CVD鑽石具備半導體特性,若能低價生產就可以取代矽,成為半導體IC的原料。而相較於矽原子,組成鑽石的碳原子體積更小,更富彈性與變化,可以想見的是,未來電腦主機將比現在的手機來的小,半導體的應用空間更將大幅擴展。


CVD鑽石若能順利應用在半導體產業,摩爾定律可能因此而延續,剛好銜接矽晶片在發展多年以後,各項技術的推展已接近物理極限,最近幾年摩爾定律備受挑戰,CVD鑽石技術的問世,也印證了幾年前業界人士指出,新材料是未來半導體產業發展的重大革命,當然也是高科技產業的另一波起點。


從矽晶圓到鑽晶圓,牛糞變鑽石肯定是一頁傳奇,也再度證明隨著科技能力的發展,造成絕對的價值觀在未來可能都將逐漸解構,而就算科技真能無遠弗屆,操縱、使用科技的人們如果不能保持一個單純、謙卑的心,就會反被科技所奴役,就算能夠「點石成金」恐怕也是一文不值的愚人金吧!(廖專崇)


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