硅驱动的面 facet 调控实现液态汞中可调微型金刚石结构

我们报道了一种在常压下利用液态金属 Ga In 辅助的化学气相沉积 (CVD) 策略，实现了微尺寸金刚石的可编程生长，通过将液态金属 Ga In 与铁戊二烷 (Fe(C5H5)2) 作为碳前体、纳米金刚石种子和纳米硅组合。基于液态金属金刚石合成，这一方法将液态金属生长推向低温 (900 {$^{\circ}$}C, 1 atm) 的方向，同时实现从约 10 {${\mu}$m} 到几十 {${\mu}$m} 的单晶金刚石可扩展，并形成发达的 facet。铁戊二烷分解提供持续的界面碳通量，该碳通量被 Ga In 溶液捕获和重新分布到富含种子的液态固体界面。富缺陷纳米金刚石提供可靠的 sp3 核取所需的晶体学模板，尽管 Ga In 的碳溶解度本征较低。纳米硅发挥独特且互补的作用，通过调节界面动力学和 facet 竞争，实现对晶体形状的有意控制：可重复获得立方 (~10 {${\mu}$m})、截除四棱 and 完全 facet 的八面体金刚石，其中八面体晶体可达约 50 {${\mu}$m}。重要的是，通过调节氢气流率进一步扩展晶体尺寸：降低 H2 流速可增加界面处碳的净保留量，提高有效超饱和度，并加速金刚石沉积。综上，通过纳米硅:纳米金刚石比例控制晶体形状，通过 H2 流率控制晶体尺寸，建立了在常压下实现硅驱动 facet 调控和尺寸调控的实用方法，为在温和条件下制备可调微尺寸单晶金刚石提供了路径。