在安徽合肥科學島上，佇立著一個高11米、直徑8米的“巨罐”，這是中國有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。

“點燃”這個“太陽”，讓它內部溫度達到上億攝氏度，需要注入數十兆瓦的微波能量，而傳輸這種能量，離不開一種微波窗口材料——直徑4英寸、厚度接近2毫米的金剛石。

這種金剛石，產自河北。

近日，走進位于京津冀國家技術創(chuàng)新中心河北中心創(chuàng)新園的河北普萊斯曼金剛石科技有限公司，生產車間里，一臺臺MPCVD（微波等離子體化學氣相沉積）人造金剛石機器正安靜運行，記者透過設備觀測窗，看到一團耀眼的亮光。

“這團光就是等離子體，內部溫度超3000℃，它可以將氣體原料中的碳原子分離出來，讓它們像雪花一樣一層一層地飄落在襯底上，‘生長’出金剛石。”河北普萊斯曼金剛石科技有限公司董事長孫振路說。

拿下這項核心技術，普萊斯曼用了十余年時間。

“大尺寸高品質金剛石在新一代半導體、量子計算等高新技術領域應用前景廣闊，是爭奪未來高科技領域戰(zhàn)略制高點的關鍵材料?！睂O振路告訴記者，915兆赫MPCVD技術，微波功率高、沉積面積大，是制備大尺寸高品質金剛石的關鍵技術，但長久以來，該技術被國外壟斷，產品對我國限制銷售，并且價格不菲，作為微波窗口材料的高品質金剛石，一片就要上百萬元。

“設備依賴國外，發(fā)展就會受制于人?！?012年，孫振路和團隊下定決心，自己研發(fā)！

不少人質疑：你一個地方小企業(yè)，能搞出什么名堂？

孫振路的底氣來自于多年的研究積累。普萊斯曼公司成立于2009年，是由河北省激光研究所有限公司（原河北省科學院激光研究所）等投資成立的專業(yè)生產高質量CVD（化學氣相沉積）金剛石的科技型創(chuàng)新企業(yè)。公司成立伊始，便開始研發(fā)MPCVD技術。2012年，該公司就掌握了2英寸金剛石的生產技術。

相比2英寸，生產大尺寸高品質金剛石，需要更大的等離子體尺寸、更高的能量密度和更好的穩(wěn)定性，國內沒有生產技術經驗可循，只能摸著石頭過河。

第一關，是如何讓金剛石均勻沉積。

“‘生長’金剛石的氣源主要有甲烷、氫氣等，在微波作用下，反應腔中會產生等離子體，激發(fā)氣體分子的化學鍵，使其解離、反應和重組，最終在襯底表面沉積。”項目研發(fā)負責人李義鋒介紹。

原理不復雜，工藝卻十分繁復。

李義鋒將等離子體比喻成一個火苗?！澳没鹈缛粔K板子，火苗固定的情況下，板子上的一個點會因為受熱多一些，變得滾燙，其他地方則溫度偏低?！崩盍x鋒說，等離子體也是如此，在反應腔中，溫度高的地方，沉積速率更高，最終，沉積厚度不均會導致金剛石表面開裂、爆膜。

如何確保溫度的均勻性？

研發(fā)團隊一邊設計、一邊試驗，熬了無數通宵，卻屢試屢敗?！按蠹叶贾?，要調整電磁場的分布，控制等離子體，但究竟如何調整、怎么控制，卻沒人能說出來。”李義鋒回憶。

突然有一天，正在做試驗的李義鋒靈光一閃：要不，咱們改一改反應腔的結構？

大家覺得可以一試。測評對比、計算驗證、系統(tǒng)聯調……一番論證后，解決方案終于確定下來。研發(fā)團隊改進了設備結構，同時，優(yōu)化氣流運行工藝，使金剛石沉積的均勻性大大提高。

設備穩(wěn)定運行，也是一塊難啃的“硬骨頭”。

“大尺寸高品質金剛石每小時只能‘生長’幾微米，而我們的目標是厚度至少達到2毫米，也就是說，設備單次穩(wěn)定運行時間需要數百甚至上千小時?！崩盍x鋒說，最開始，設備頻繁故障，根本無法長時間工作。

“病因”在哪兒？

一片金剛石的“生長”，有幾十道工序，每一步都涉及眾多參數，任何一個參數不適配，都有可能影響設備穩(wěn)定運行。大家一個個查找，一項項改進，歷經數百次失敗，2016年，團隊終于穩(wěn)定制備出直徑5英寸、厚度超過2毫米的大尺寸金剛石。

普萊斯曼公司將產品免費發(fā)給客戶試用，不料，新產品雖然滿足了尺寸和精度要求，但能量損耗高，性能指標還需要改進提升。

大家重新鉆進實驗室，繼續(xù)優(yōu)化沉積工藝，2017年，新一代金剛石沉積設備誕生，生產的產品一次性通過檢測。

中國工程院院士、中國“人造太陽”項目首席科學家李建剛對該項目成果給予高度評價：普萊斯曼自主研發(fā)的915兆赫/75千瓦MPCVD設備在國內率先合成聚變堆用兆瓦級微波窗口，窗口性能指標達到國外同類產品水平，可替代國外金剛石窗口應用于我國聚變工程研究。

性能優(yōu)異，價格又遠低于國外產品，普萊斯曼的金剛石不僅在“人造太陽”上大顯身手，還收獲了國內外多家科研院所的訂單，廣泛應用在重點項目和重大工程上。

“原來的生產設備體積大、結構復雜，制造成本很高、維護困難。”李義鋒說，近些年，團隊不斷優(yōu)化設備結構和性能，使之更適合于大規(guī)模產業(yè)化生產需求。

去年年底，公司新增兩臺經過小型化設計的機器，單次穩(wěn)定運行時間超1500小時，可沉積直徑達6—8英寸。

普萊斯曼還想讓這片金剛石更完美。

在公司實驗室的一張桌子上，記者看到許多金剛石試驗品，有的光潔透亮，有的含有雜質?！半s質會影響金剛石的透光性和熱導率，在一些高精尖技術領域無法應用?！睂O振路對記者說，他們現在正抓緊調整工藝參數，提高生產無雜質金剛石的成功率，“相信這片高品質國產金剛石，未來能闖出更廣闊的市場。”