顆粒的分布情況是眾多研究領域需要討論的話題，CVD金剛石領域也不例外。金剛石(shi)形(xing)核的(de)均勻(yun)性(xing)對于CVD金剛石(shi)的(de)質(zhi)量和(he)性(xing)能至關重(zhong)要，因為CVD金剛石(shi)在形(xing)核階段的(de)均勻(yun)性(xing)會直接影響到金剛石(shi)薄膜的(de)晶粒(li)尺寸(cun)、晶體取(qu)向(xiang)、應力以(yi)及內(nei)部缺陷的(de)分布。

       目前(qian)，形(xing)核(he)密度是大(da)多數研究者在描述(shu)金剛(gang)石形(xing)核(he)的(de)(de)(de)均勻性時所采用的(de)(de)(de)量(liang)(liang)化(hua)指標，該(gai)指標一般是通過統計單位面積襯底上的(de)(de)(de)金剛(gang)石核(he)的(de)(de)(de)數量(liang)(liang)來確(que)定(ding)。但是，形(xing)核(he)密度只是給出(chu)了(le)一個整體的(de)(de)(de)結果(guo)，設(she)想(xiang)一下(xia)如果(guo)襯底上的(de)(de)(de)金剛(gang)石顆粒(li)僅僅發生分布上的(de)(de)(de)改變(bian)而總(zong)體數量(liang)(liang)不變(bian)，基于(yu)形(xing)核(he)密度的(de)(de)(de)量(liang)(liang)化(hua)策略(lve)所給出(chu)的(de)(de)(de)結果(guo)是不會發生變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)。可以認為，目前(qian)人們對金剛(gang)石形(xing)核(he)的(de)(de)(de)均勻性仍然缺乏有效的(de)(de)(de)量(liang)(liang)化(hua)評價方法(fa)。

       近日，哈爾濱工業大(da)學(xue)紅(hong)外(wai)薄膜與(yu)晶體團隊提出了(le)一種新算法(fa)，運用 Kullback-Leibler (K-L)散度(du)來定量評估CVD金剛石(shi)成核的(de)均(jun)勻性(xing)，有效克(ke)服了(le)傳統指標（如形核密度(du)過于關注整體而方差易受異常值影響）的(de)局(ju)限(xian)性(xing)。通過對(dui)比五組具有不同金剛石(shi)核分(fen)布的(de)硅襯底以及改變分(fen)區大(da)小的(de)方式(shi)對(dui)新算法(fa)進行了(le)評估。

       結(jie)果表(biao)明該算(suan)法的(de)(de)量(liang)化(hua)結(jie)果完美(mei)符(fu)合當前和(he)以往的(de)(de)實驗現象且(qie)與主(zhu)流的(de)(de)理論框架相一致，在評估金剛石(shi)形核均(jun)勻(yun)性(xing)方(fang)面展現出更優的(de)(de)信效度和(he)魯棒(bang)性(xing)。盡管該算(suan)法在文(wen)中主(zhu)要(yao)應用于CVD金剛石(shi)形核的(de)(de)研究(jiu)，但其(qi)對其(qi)它應用具有很(hen)好(hao)的(de)(de)適應性(xing)和(he)可(ke)遷移性(xing)，為納(na)米材料、生(sheng)物醫學以及食(shi)品工程等眾多需要(yao)精(jing)準粒子分布分析的(de)(de)科(ke)學領域提供(gong)了(le)重要(yao)的(de)(de)參考價值。

       該成果以(yi)Quantitative Analysis of the Uniformity of CVD Diamond Nucleation via Kullback-Leibler Divergence為題發表(biao)在金剛石領(ling)域(yu)知名(ming)期刊《Diamond & Related Materials》上（第一作者為博士(shi)研究(jiu)生鄭康），并被選為第156卷封面。

       文章亮點

       1. 建(jian)立了基于K-L散度的(de)用以評價(jia)顆(ke)粒分布均勻性的(de)量化(hua)方(fang)案；

       2. 證明(ming)了該量化方案在(zai)評(ping)價CVD金剛(gang)石在(zai)襯底(di)上(shang)形(xing)核的(de)均勻性上(shang)具備極(ji)佳的(de)信效度和魯棒性，且(qie)該方案的(de)元數(shu)據來(lai)自圖片，不(bu)依(yi)賴特定的(de)檢測(ce)設備，因此同時具有較好的(de)可移植性。

       圖文導讀

圖1 圖像處理流程

圖(tu)2 點(dian)圖(tu)再分割示意圖(tu)

圖3 各(ge)組樣(yang)品(pin)的量化(hua)統計結果

圖(tu)4 ;硅(gui)襯(chen)底表面(mian)在(zai)各處(chu)理(li)步驟時的狀態（AFM圖(tu)像捕獲(huo)于CVD沉積之前(qian)）

圖5 區(qu)塊大小對各量化指標(biao)的影響

       總結與展望

       基于(yu)K-L散度(du)的(de)顆粒分(fen)布均(jun)勻(yun)性的(de)量(liang)化算(suan)法(fa)在量(liang)化描述CVD金(jin)剛石形(xing)核(he)(he)均(jun)勻(yun)性方面表現突出(chu)，在克服形(xing)核(he)(he)密度(du)靈敏度(du)低的(de)同時也(ye)沒有(you)像方差(cha)一樣容易受極端值的(de)影響。并且該(gai)算(suan)法(fa)的(de)元(yuan)數據(ju)可(ke)以(yi)來自圖(tu)片，具有(you)數據(ju)獲取難度(du)低、算(suan)法(fa)可(ke)移(yi)植(zhi)性強等(deng)優(you)勢。不(bu)過(guo)，對(dui)于(yu)其(qi)它研究領域的(de)應用在文中(zhong)只做了簡要(yao)的(de)可(ke)行(xing)性分(fen)析，可(ke)以(yi)結合(he)其(qi)它研究繼續對(dui)該(gai)算(suan)法(fa)進行(xing)驗(yan)證。

       此(ci)外，還可以考(kao)慮(lv)對(dui)各組形(xing)核后的(de)(de)樣品進(jin)行生長，從生長的(de)(de)晶體(ti)質量(liang)及性能等(deng)角度進(jin)一(yi)步強調該算(suan)法在(zai)CVD金剛(gang)石形(xing)核工藝(yi)優化及晶體(ti)質量(liang)的(de)(de)提(ti)前判斷(duan)等(deng)方面的(de)(de)意義。