到目前為止，解決固體激光器的熱管理問題仍然具有挑戰性。在所有已知材料中，金剛石具有最高(gao)的(de)熱(re)導率、極其穩(wen)定的(de)物化性質，這(zhe)使得金(jin)剛(gang)(gang)石成為熱(re)管(guan)理應用的(de)首選材料(liao)。近些年來，金(jin)剛(gang)(gang)石與激光晶體的(de)鍵合技(ji)(ji)術(shu)迅(xun)速發展，有效(xiao)緩解了固體激光器(qi)的(de)熱(re)效(xiao)應，然而該技(ji)(ji)術(shu)對金(jin)剛(gang)(gang)石的(de)平整(zheng)度(du)和粗糙度(du)的(de)要求極高(gao)，給金(jin)剛(gang)(gang)石加工(gong)帶來了巨(ju)大的(de)挑戰(zhan)。       

近日，中國科學院上海光(guang)學精密(mi)機械研究所(suo)微納光(guang)電(dian)子(zi)功能(neng)材料實驗室研究團(tuan)隊在(zai)金(jin)剛石異質外延研究方(fang)面取得(de)新進展，相關研究成果以(yi)“Heteroepitaxial growth of diamond films on Y3Al5O12 single crystals”為(wei)題發表在(zai)Materials Chemistry and Physics Materials Chemistry and Physics上。       

該提出了(le)一(yi)種新的熱(re)管理方法(fa)，即直接在(zai)晶(jing)(jing)體表面異質外(wai)延生長金(jin)(jin)剛(gang)石薄(bo)膜(mo)(mo)。采(cai)用微波(bo)等離子(zi)體氣相(xiang)沉(chen)積(MPCVD)方法(fa)，成(cheng)功(gong)地(di)在(zai)Y3Al5O12(YAG)襯(chen)底(di)上合成(cheng)了(le)高質量(liang)的金(jin)(jin)剛(gang)石薄(bo)膜(mo)(mo)，提高了(le)YAG晶(jing)(jing)體的熱(re)性能。采(cai)用不(bu)同的前處(chu)理方法(fa)和(he)沉(chen)積參數生長金(jin)(jin)剛(gang)石薄(bo)膜(mo)(mo)，其中預處(chu)理方法(fa)是在(zai)晶(jing)(jing)種步(bu)驟之前將(jiang)襯(chen)底(di)暴露在(zai)金(jin)(jin)剛(gang)石生長條(tiao)件下。       

沉(chen)(chen)積(ji)后，詳細研究(jiu)了生長樣品(pin)的質量、熱(re)性能(neng)和(he)(he)光學(xue)性能(neng)，研究(jiu)了前(qian)處理(li)和(he)(he)沉(chen)(chen)積(ji)參數(shu)對(dui)薄膜(mo)性能(neng)的影響(xiang)。結果表明，在(zai)YAG襯底上沉(chen)(chen)積(ji)連續(xu)的金剛(gang)石膜(mo)需要(yao)充分的預處理(li)工藝，而沉(chen)(chen)積(ji)過程中相(xiang)對(dui)較高(gao)的溫度和(he)(he)較低的甲烷濃度有利(li)于獲(huo)得高(gao)質量的金剛(gang)石膜(mo)。此外，在(zai)YAG晶體(ti)上沉(chen)(chen)積(ji)金剛(gang)石膜(mo)可以(yi)有效地提(ti)高(gao)材(cai)料的熱(re)導率(lv)，而對(dui)材(cai)料的光學(xue)性能(neng)影響(xiang)極小，滿足激光應(ying)用的需求(qiu)，為(wei)固體(ti)激光器(qi)的熱(re)管理(li)提(ti)供了新的選擇。

研究亮點

采用MPCVD方法在YAG襯底(di)上沉積了連續的金剛石薄膜(mo)。       

研(yan)究了(le)沉(chen)積條件對金(jin)剛(gang)石膜質量的影響。       

金剛(gang)石的沉積有效地提(ti)高(gao)了(le)YAG的熱性能。       

沉積過程對YAG的光(guang)學性能影響不大。      

文獻信息：       

Heteroepitaxial growth of diamond films on Y3Al5O12single crystalsShulong Zhang, Chengchun Zhao, YingZhu, Yifei Fang, Shanming Li, Mingzhu He, Yin Hang Materials Chemistry and Physics//doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125152