“中國(guó)需要終極半導(dǎo)體！在芯片領(lǐng)域我國(guó)如果要大幅超越美國(guó)就必須搶先發(fā)展鉆石晶圓?！?a href='/news/search/key/%25E5%25AE%258B%25E5%2581%25A5%25E6%25B0%2591.html' target='_blank'>宋健民博士曾在演講報(bào)告中這樣說。目前，宋健民博士憑借其數(shù)十年的鉆石經(jīng)驗(yàn)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)，朝著鉆石芯片工業(yè)化生產(chǎn)這一目標(biāo)而奮斗?！禖arbontech Magazine》特邀宋健民博士就我國(guó)金剛石行業(yè)現(xiàn)狀、鉆石晶圓關(guān)鍵技術(shù)及專利策略等問題展開深度探討。

       宋健民，1976 年美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）博士。1976-1984 負(fù)責(zé)通用電氣公司（GE）美國(guó)及歐洲工業(yè)鉆石的生產(chǎn)技術(shù)。全球的制造技術(shù)1984-1990 負(fù)責(zé)美國(guó) Norton 的研發(fā)并成立當(dāng)年世界最大的鉆石膜公司（Norton Diamond Film)。1990-1994 全廠技術(shù)轉(zhuǎn)移韓國(guó)日進(jìn)（ILJIN）使其成為亞洲最大鉆石生產(chǎn)公司。1994-2019 轉(zhuǎn)型中國(guó)臺(tái)灣的中國(guó)砂輪公司使其成為世界最大的鉆世碟生產(chǎn)公司。宋博士中請(qǐng)過上千項(xiàng)國(guó)際專利，授權(quán)美國(guó) 3M，日本東名，韓國(guó) EHWA，中國(guó)黃河集團(tuán)，臺(tái)灣錸德科技…等十幾家公司。

       請(qǐng)您給我們介紹下目前金剛石產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r如何？

       “大材小用”是目前金剛石行業(yè)的現(xiàn)狀?，F(xiàn)在充分利用到的只是將其作為超硬材料的物理機(jī)械性能，例如做成超級(jí)磨料、切削工具、石油鉆頭、抽線眼模等。但相比于其他材料，金剛石有著獨(dú)特的魅力和非凡的能力，幾乎在每個(gè)領(lǐng)域都能看到它的身影，尤其軍工方面。傳統(tǒng)材料不能勝任解決問題，金剛石都占有一席之地，例如終極半導(dǎo)體，生物基因晶片，超級(jí)量子電腦等。舉一個(gè)普通的例子。海水淡化技術(shù)。目前主流應(yīng)用是反滲透法，但這個(gè)方法必須重復(fù)過濾，每次出水濾不到三成。也有用電解法的，出水濾超過九成，但電解電壓小，出水量反而太小。若以熱絲氣相法生長(zhǎng)超過一米的含硼金剛石電極，也就是我們常說的 BDD 電極，就可以完美解決這一問題。BDD 電極，被認(rèn)為是最好的電極材料，具有非常寬的電化學(xué)電勢(shì)窗口和較小的背景電流，加上金剛石良好的化學(xué)惰性等特點(diǎn)，具有強(qiáng)耐腐蝕性，它可以用在廢水處理、海水淡化等等場(chǎng)景。這僅僅是電學(xué)應(yīng)用，目前金剛石的熱學(xué)，光學(xué)，生物科技……等性能的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用都還沒起步。

       目前，如果說現(xiàn)代信息時(shí)代的科技原動(dòng)力是建立在“摩爾定律”的基礎(chǔ)上，也就是硅基時(shí)代，那么延續(xù)或重塑未來科技輝煌的就是鉆石時(shí)代。在元素周期表中，硅和碳是同一主族元素，只是原子大小之差，硅原子和碳原子在性質(zhì)上有很多相似性，硅能做的事，鉆石都可以做，甚至超越原有性能的 10 倍以上。換個(gè)角度，硅可以看作大原子或松散的鉆石。鉆石時(shí)代的到來，也就是人類文明的巔峰時(shí)期?，F(xiàn)在，只是在萌芽階段，有零零星星的個(gè)案，像培育鉆石等應(yīng)用，但是真正的令人稱贊的產(chǎn)品還沒開始。總之，人造金剛石作為珠寶的發(fā)展空間可以預(yù)見。然而，它的科技應(yīng)用發(fā)展無(wú)限且需求可觀。從長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光看，人造金剛石行業(yè)要想穩(wěn)定發(fā)展，必須開發(fā)成為一種生活、生產(chǎn)的必需品，最終應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)及高科技領(lǐng)域。只有盡力開發(fā)它的使用價(jià)值才能最大范圍的發(fā)揮它的各項(xiàng)優(yōu)異性能。

       另外，隨著金剛石合成技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其重要性已經(jīng)被一些媒體上升到了“國(guó)家戰(zhàn)略”的高度。在天然鉆石日益稀缺、大小及性質(zhì)受限的今天，人造金剛石行業(yè)或?qū)⒖钙疬@面戰(zhàn)略大旗。其中“如何快速生長(zhǎng)優(yōu)質(zhì)大顆粒金剛石”是關(guān)鍵問題?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)擁有幾千臺(tái)六面頂壓機(jī)，當(dāng)然也很多人做 CVD 的生長(zhǎng)技術(shù)。在此，我想提出一個(gè)思考問題：理論上，如果在平衡狀態(tài)下生產(chǎn)鉆石，也就是高溫高壓法，它的生長(zhǎng)速率是每小時(shí)一毫米。如果用 CVD 法，也就是介穩(wěn)態(tài)生長(zhǎng)，從石墨變成金剛石，需要大量解離的氫原子，在這種情況下速率大概是每小時(shí) 10 微米左右。所以兩種方式的差距是 100 倍！但是，不管哪種方法，理論上都可以長(zhǎng)八英寸大的晶圓。舉個(gè)例子，按照一小時(shí)一毫米來算，長(zhǎng)四寸晶圓，一公分高的鉆石只需要十小時(shí)。單純看這個(gè)數(shù)據(jù)沒啥概念，換成克拉，那就是 1400 克拉！但現(xiàn)實(shí)卻差距很大，目前大概只能長(zhǎng)到一兩百克拉，而且不是單晶，只是粉末，然后燒結(jié)成 PCD?，F(xiàn)實(shí)條件為什么長(zhǎng)不出晶圓級(jí)大單晶？這主要是源于國(guó)內(nèi)受到六面頂結(jié)構(gòu)的這種思想框架的影響，在生長(zhǎng)金剛石時(shí)的時(shí)候，壓力降低的時(shí)候，頂錘會(huì)隨之進(jìn)入，壓縮密封圈，密封圈被壓死，所以生產(chǎn)金剛石的量并不是受限于腔體的大小，而是受限于葉臘石的密封圈的可壓縮率。以前我在 GE 采用的是兩面頂設(shè)備，兩面頂?shù)捻斿N角度小很多，密封圈可以厚很多，合成棒的長(zhǎng)度比直徑大三倍，而六面頂合成棒的長(zhǎng)度卻比直徑小。當(dāng)然，我國(guó)金剛石行業(yè)占全世界的 90% 多的這個(gè)超級(jí)規(guī)模的量，這是非常成功的，但是未來技術(shù)方面仍需要不斷改進(jìn)。

       所以我有個(gè)計(jì)劃，想多方合作生長(zhǎng)鉆石晶圓，目標(biāo)是一天內(nèi)要長(zhǎng)出超過 1000 克拉的高品質(zhì)材料，可以制造鉆石圓餅或多片鉆石晶圓。目前來看，CVD 法會(huì)受到物理規(guī)律的限制，是不可能實(shí)現(xiàn)這種突破的。這是我的一個(gè)設(shè)想，拋磚引玉，提出來大家一起思考。所以，國(guó)內(nèi)生長(zhǎng)金剛石的技術(shù)上還有非常大的成長(zhǎng)空間。

       請(qǐng)您分析下我國(guó)金剛石行業(yè)在國(guó)際上的優(yōu)勢(shì)與差距。

       優(yōu)勢(shì)就是量。我國(guó)每年生產(chǎn)的金剛石有四五千公噸，一公噸 500 萬(wàn)克拉，這么龐大的量，以前是不敢想象。但是主要用在了傳統(tǒng)的機(jī)械用途，例如，修橋鋪路、鉆洞、研磨玻璃等，毛利極其低。而超過機(jī)械范圍以外的其他用途無(wú)人問津。舉個(gè)例子，金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域，國(guó)外一直都在研究且方向明確，未來就是朝取代硅這個(gè)方向走，De Beers 和歐洲幾個(gè)國(guó)家都在做。所以說，目前鉆石時(shí)代蓄勢(shì)待發(fā)，預(yù)計(jì)人類文明巔峰將發(fā)生在21 世紀(jì)的下半場(chǎng)，2050 年以后，上半場(chǎng)是摸索階段?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)在非機(jī)械領(lǐng)域即高精尖的領(lǐng)域的科學(xué)研究還是做的非常出色的，但是應(yīng)用開發(fā)工程化做的卻非常少，幾乎沒看到。

       目前，金剛石生長(zhǎng)主要有高溫高壓 (HPHT) 法和化學(xué)氣相沉淀 (CVD) 法，請(qǐng)您簡(jiǎn)單的為我們分析下這兩種方法的區(qū)別。

       高 溫 高 壓 法（High Temperature High Pressure，HPHT），屬于熱力學(xué)平衡生長(zhǎng)。根據(jù)碳相圖，可以看到在高壓下的穩(wěn)定相是金剛石，通過利用外界施加壓力和溫度，將石墨轉(zhuǎn)變成鉆石。在生長(zhǎng)過程中的碳，來源通常是石墨，通過觸媒液壓裝置，在金屬熔液的催化作用下，保持恒定的超高溫、高壓條件（通常壓力約為 5.4 GPa，溫度約為 1400 ℃），碳源經(jīng)金屬觸媒向處于低溫區(qū)的晶種表面輸送并不斷沉積長(zhǎng)大成為培育鉆石。由于過程是可逆的，長(zhǎng)得不好的原子還可以退回去，但是 CVD 法不行。另外使用六面頂生長(zhǎng)金剛石，最大好處是生長(zhǎng)的快，但是目前用的多的是溫差法，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一周，主要原因在于頂錘進(jìn)不去，沒辦法保壓而無(wú)法一次生長(zhǎng)成上百克拉。目前采用高溫高壓法可以長(zhǎng)到 20 克拉以上，因“夜長(zhǎng)夢(mèng)多”，良率不高。

       化 學(xué) 氣 相 沉 積 法（Chemical Vapor Deposition，CVD），利用氣相前驅(qū)體在特定條件和基底上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積形成所需的薄膜材料。在單晶金剛石材料的制備中，通常采用甲烷和氫氣作為前驅(qū)體，在高溫（約 1000 ℃）、半真空的低壓條件下，單晶金剛石作為基底，以氣相外延的方式生長(zhǎng)。由于常壓下碳的穩(wěn)定相是石墨相，所以在 CVD 法生長(zhǎng)金剛石的過程中需要源源不斷的等離子體氫原子，來環(huán)繞包圍 sp3 結(jié)構(gòu)的甲烷（CH4 ）及分解物，并通過控制沉積生長(zhǎng)條件促使活性碳原子連結(jié)在鉆石籽晶上。需要注意的是，這個(gè)過程中的氫不能是氫分子，而且完全靠動(dòng)力學(xué)去生長(zhǎng)，不是靠熱力學(xué)，所以生長(zhǎng)速度不能過快，平均生產(chǎn)速度大概就是 10 微米每小時(shí)。CVD 方法的優(yōu)點(diǎn)在于生長(zhǎng)的面積可以較大。但是目前國(guó)內(nèi)的 CVD 設(shè)備的功率很小，通常不超過 10 KW，生長(zhǎng)出的鉆石最多是兩英寸到四英寸。這和采用 HPHT 法生長(zhǎng)出的鉆石尺寸差不多。我過去經(jīng)鄭州臺(tái)鉆轉(zhuǎn)移給三磨所的 60 KW CVD 機(jī)臺(tái)，使用 915 MHz 的微波則可以生長(zhǎng)八英寸單晶圓。

       綜上所述，我建議用恒溫法直接長(zhǎng)成鉆石柱單晶，1000 克拉以上，可以切割成培育鉆石或同時(shí)生長(zhǎng)多片鉆石晶圓。這個(gè)想法完全是思維上的轉(zhuǎn)變。我現(xiàn)在也在和一兩個(gè)公司開始合作這項(xiàng)研究。

       金剛石作為超硬材料應(yīng)用于各種工具中，對(duì)于傳統(tǒng)應(yīng)用，業(yè)界如何推陳出新，產(chǎn)生革命性創(chuàng)新應(yīng)用？

       金剛石在傳統(tǒng)應(yīng)用中使用量最大的是配合國(guó)內(nèi)基建鋸切用。改革開放以來，金剛石對(duì)于我國(guó)的建設(shè)做出了很大貢獻(xiàn)。80 年代，修橋鋪路、切混凝土用的都是用的金剛石，這里有個(gè)簡(jiǎn)單的改進(jìn)，將金剛石的顆粒在工具里有序排列，保持最佳距離，將會(huì)使金剛石工具的壽命大大延長(zhǎng)，切速提高，效率也大大增加。但目前鋸齒采用的大多是混拌混合，極不均勻，導(dǎo)致金剛石顆粒很容易因太密而刺不透工件或太松而被拔出來，因此效率不高。對(duì)于砂輪方面，國(guó)內(nèi)比較欠缺的是陶瓷結(jié)合劑。陶瓷結(jié)合劑的氣孔，可以起到排泄冷卻等作用，這個(gè)優(yōu)勢(shì)是樹脂結(jié)合劑沒有的，目前這一領(lǐng)域，日本做的比較多。另外，我國(guó)微粉產(chǎn)量比較大，但是精度不好。所謂的精度，也就是顆粒尺寸分布的均勻性，顆粒粗，容易造成刮傷，顆粒太細(xì)，拋光力度不夠。目前，傳統(tǒng)的金剛石用在半導(dǎo)體行業(yè)，國(guó)內(nèi)奮起直追，例如線鋸切割硅片，十年前國(guó)內(nèi)幾乎沒有，現(xiàn)在有好幾家做的非常好而且量蠻大的。所以說，按量來算，我國(guó)世界第一當(dāng)之無(wú)愧，但技術(shù)上仍需共同努力，不斷改進(jìn)。

       金剛石被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體”您方便給我們介紹下金剛石半導(dǎo)體材料與器件的科研、產(chǎn)業(yè)進(jìn)展情況以及應(yīng)用前景嗎？

       目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主流還是硅基時(shí)代。遵循的摩爾定律，已經(jīng)發(fā)展到了 7 納米、5 納米量產(chǎn)，3 納米也進(jìn)入試產(chǎn)的階段，逼近摩爾定律的極限值。如果繼續(xù)沿著摩爾定律的道路發(fā)展，大家都認(rèn)為 1 納米也是有可能實(shí)現(xiàn)的。但是 1 納米相當(dāng)于 3 列原子，很多電子信號(hào)、電子的波函數(shù)，都不一定能約束在 1 納米里面，0 和 1 將越來越模糊，電子隧道效應(yīng)產(chǎn)生的漏電流會(huì)越來越大，從這個(gè)角度來看，摩爾定律不管走到哪一代，都必將走向終結(jié)，這是基本的物理規(guī)律。目前業(yè)界不斷探索摩爾定律最終將走向何方，三維集成、柵極延長(zhǎng)，鰭片式，GAA 晶體管等方式都在嘗試。如今，英特爾、三星和臺(tái)積電正在開發(fā)探索 3 nm 工藝，但這是一項(xiàng)昂貴的研究，而且路會(huì)越走越窄。

       首先，我們要弄清楚摩爾定律究竟有什么含義？除了晶體管數(shù)量成長(zhǎng)速度以外，還有經(jīng)濟(jì)成本的含義。主頻提高及晶體管價(jià)格降低。但是半導(dǎo)體進(jìn)入 7 nm 節(jié)點(diǎn)后，其制程將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，不僅要克服晶圓刻蝕方面問題，熱點(diǎn)、靜電放電和電磁干擾等物理效應(yīng)也是困難重重，同時(shí)還要讓電子通過狹小的線也會(huì)產(chǎn)出更多的熱點(diǎn)，這讓芯片設(shè)計(jì)、檢查和測(cè)試更加困難。

       其次，如果要從根本上突破摩爾定律，就必須找合適的新材料取代硅。目前，行業(yè)比較火的是碳化硅、氮化鎵等第三代半導(dǎo)體，但我認(rèn)為這并不能取代硅基材料。前面我也提到，硅和碳屬于同一族元素，性能相似，是最合適的候選者。但是碳化硅是六方晶系，對(duì)稱性不高，只能單軸對(duì)稱，會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，不適合制造納米級(jí)的晶體管。另外碳化硅和氮化鎵的原子大小差別較大，所以碳化硅等材料并不是取代硅基的最佳選擇。我的最終目標(biāo)是做鉆石晶圓，目前有做鉆石的基礎(chǔ)技術(shù)，需要找人合作，順利的話，預(yù)計(jì)明年會(huì)有雛形。

       您如何看待“超寬禁帶半導(dǎo)體金剛石熱度大增”這一線現(xiàn)象，其中，阻礙其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題在哪？

       這個(gè)難題的關(guān)鍵在于沒有金剛石晶圓。半導(dǎo)體晶圓需要一個(gè)平坦的面，尺寸至少是兩英寸。目前硅基是 12 英寸。前陣子日本安達(dá)滿納米奇精密寶石有限公司（Adamant Namiki Precision Jewel Co. Ltd.）宣布成功開發(fā)了超高純度 2 英寸金剛石晶圓的量產(chǎn)方法，雖然晶圓缺陷較多，但這意味著鉆石晶圓時(shí)代的開始。我也是朝著鉆石晶圓量產(chǎn)的方向走，目標(biāo)不止2英寸，鉆石晶圓做出來后，會(huì)快速打開下游應(yīng)用端，現(xiàn)在硅能做的器件，金剛石都能替代，而且金剛石本身散熱能力極強(qiáng)，就不會(huì)出現(xiàn)熱點(diǎn)、頻率降低等問題。所以實(shí)現(xiàn)鉆石晶圓工業(yè)化量產(chǎn)就需要解決 2 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一是生長(zhǎng)高品質(zhì)大面積金剛石單晶，解決尺寸問題，第二，研磨拋光技術(shù)，晶圓需要一個(gè)非常平整的面，幾個(gè)原子凸起都會(huì)極大影響半導(dǎo)體性能。而金剛石在直接生長(zhǎng)時(shí)，表面并不平滑，需要后續(xù)加工處理，只有將一塊單晶金剛石晶圓片打磨至接近原子級(jí)的平滑度，才能取代電子設(shè)備中的一些硅元件。目前，我國(guó)部分高校的研究做的都挺好，但科研成果離工程化應(yīng)用和實(shí)際賺錢還需要很長(zhǎng)一段路要走。

       為保證芯片工作的可靠性和穩(wěn)定性，發(fā)展新型高效的散熱技術(shù)成為迫切需求，請(qǐng)您給我們介紹下金剛石在熱管理領(lǐng)域有哪些應(yīng)用。

       散熱管理已經(jīng)成為 5G 時(shí)代電子器件的“硬需求”。目前熱管理的芯片封裝技術(shù)非常成熟，有許多技術(shù)途徑相繼出現(xiàn)，持續(xù)演進(jìn)。例如導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱凝膠、石墨導(dǎo)熱片、熱管和均熱板（VC）等技術(shù)，但很多技術(shù)都是表面解決，治標(biāo)不治本。真正發(fā)熱的地方是芯片，芯片里的溫度可達(dá)到 600-800 ℃，這不是簡(jiǎn)單移除熱量就能解決的事。采用金剛石作為散熱片需要把金剛石貼近硅晶體管，這就要求硅片和金剛石散熱片的距離非常近，與金剛石散熱片幾乎沒有空隙。如果硬碰硬的貼合（Wafer Bonding），除了需要真空條件、平坦的要求以外，還要求硅片非常薄，目前硅片的厚度大概 50 微米左右。所以，只要材料能夠貼近芯片，主頻就會(huì)大幅度提高，可以提高 1/3 以上?，F(xiàn)在摩爾定律的主頻沒辦法提高的主要原因就是受到熱點(diǎn)疲勞的限制。

       所以我打算用 DLC 的技術(shù)做芯片散熱。有個(gè)好處是 DLC 是原子級(jí)可以幾乎無(wú)縫貼合，而且可以有效調(diào)整。同時(shí)，我們也在做散熱膏項(xiàng)目，取代現(xiàn)在的芯片散熱模組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明主頻可以提高很多。另外一項(xiàng)工作是做以觸媒生長(zhǎng)大面積的石墨烯單晶，取代現(xiàn)在的散熱膏。

       您方便給我們介紹下化學(xué)機(jī)械平坦化（CMP）技術(shù)嗎，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶圓拋光平坦化工藝相比，優(yōu)勢(shì)在哪，目前研究進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況？

       化 學(xué) 機(jī) 械 平 坦 化 技 術(shù)，（Chemical Mechanical Polishing，簡(jiǎn)稱 CMP），是集成電路芯片制造、半導(dǎo)體分立器件、電子元器件加工，以及薄膜存儲(chǔ)磁盤、陶瓷表面加工等的重要步驟。是半導(dǎo)體制造中使晶圓平滑的關(guān)鍵工藝，是唯一可實(shí)現(xiàn)宏觀及微觀同時(shí)平坦的工藝技術(shù)。我們都知道光刻機(jī)是我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)短板，假如沒有 CMP 技術(shù)，晶圓平坦化實(shí)現(xiàn)不了，光刻不能聚焦，這依舊是個(gè)卡脖子的問題。目前耗材基本上都是國(guó)外進(jìn)口，其中需要用到一個(gè)關(guān)鍵的耗材，就是鉆石碟。

       鉆石碟是制造集成電路不可或缺的耗材，是 CMP 的催生者，控制晶圓與拋光墊的接觸面積及其分布，使拋光墊表面產(chǎn)生大小適中及分布均勻的絨毛。不同于其他拋光技術(shù)，CMP 是間接拋光，因?yàn)榫A上電路結(jié)構(gòu)是非常微小的，金剛石過于硬，不能直接用于拋光，容易將晶圓盤刮傷。通常采用金剛石修整器將拋光墊進(jìn)行修整，修整的過程中，除了移除廢物外，最重要的是精準(zhǔn)控制刻紋條數(shù)、深度等。這是一個(gè)非常精密的技術(shù)，國(guó)內(nèi) CMP 技術(shù)有幾家公司在做，同時(shí)也受到國(guó)家大力補(bǔ)助，但鉆石碟目前基本上被國(guó)外廠商壟斷。目前我們也在做這項(xiàng)工作。我是鉆石碟領(lǐng)域?qū)＠氖跈?quán)者，包括美國(guó) 3M、臺(tái)積電和中國(guó)臺(tái)灣的中國(guó)砂輪企業(yè)都只用我授權(quán)的鉆石碟。

       大尺寸金剛石晶圓是電子器件的基礎(chǔ)，目前主流的制備方法有哪些，其中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題有哪些 ?

       電子級(jí)金剛石晶圓的制備的關(guān)鍵技術(shù)難題，主要有幾個(gè)因素：1、純度，雜質(zhì)濃度要小于 10 ppd；2、缺陷密度控制到104/cm2 以下，目前硅晶圓的缺陷密度可以控制在每平方公分 1萬(wàn)個(gè)缺陷以內(nèi)；3、尺寸大小，2 英寸只是起點(diǎn)，晶圓尺寸越大，芯片在較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)性和耐久性以及經(jīng)濟(jì)性就會(huì)提高很多。目前主要是用 CVD 法來做電子級(jí)晶圓。

       在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域，有哪些是面向未來的材料？從“產(chǎn)學(xué)研用金”角度，請(qǐng)您分析下當(dāng)前我國(guó)（超）寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)以及存在的問題？延伸摩爾定律，業(yè)界主要從哪幾條路著手做？

       國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體風(fēng)起云涌，至少 100 家公司做，主要就是做碳化硅半導(dǎo)體。目前，碳化硅方向主要做的是動(dòng)力源器件，IGBT 等功率器件取代硅基半導(dǎo)體，另外，就是將碳化硅作為籽晶去生長(zhǎng)氮化鎵材料。氮化鎵主要是用來做的高頻、射頻器件及功率放大器（如 HEMT），取代砷化鎵。但這些材料，因?yàn)樵泳Ц竦膶?duì)稱性不夠，不能延伸摩爾定律。目前來看，金剛石材料是延伸摩爾定律最有希望的材料，也是終極半導(dǎo)體。或者將碳化硅和氮化鎵改成立方晶系，這也是我們的另一個(gè)計(jì)劃項(xiàng)目。

       金剛石作為功能材料，其未來應(yīng)用的發(fā)展重點(diǎn)集中在哪些方向？您方便結(jié)合您公司的研究領(lǐng)域與未來戰(zhàn)略布局給我們?cè)敿?xì)闡述下嗎？

       我們基本上不做機(jī)械用途的金剛石，主要是布局電子器件方面用的金剛石。目前市面上所能看到的電子元件，理論上，未來都會(huì)被金剛石晶圓取代。按照目前的進(jìn)度，我們大概需要五年將鉆石晶圓產(chǎn)業(yè)化。另外，我想提一點(diǎn)，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)有 1 萬(wàn)多家，但大多都以低端應(yīng)用為主，把石墨烯當(dāng)作添加劑使用，很多高端產(chǎn)品目前都是噱頭。市場(chǎng)上的石墨烯材料其實(shí)并不是真正意義上的石墨烯。制備大面積缺陷少的石墨烯單晶，需要先長(zhǎng)鉆石晶圓，然后石墨化，這個(gè)表面的才是真正缺陷極少的石墨烯單晶。將鉆石晶圓石墨化后變成特大單晶的石墨烯，才會(huì)出現(xiàn)獲諾貝爾獎(jiǎng)的文章中提到的超高強(qiáng)度等優(yōu)異性能，例如導(dǎo)電率是銅的 100 倍。目前 5G，6G 通訊天線都是銅箔做的，改成單晶石墨烯的話，那么它的射頻功放效率將會(huì)大幅度提高，重要的是通訊內(nèi)容可以更加豐富，這類似于二維碼與條形碼的區(qū)別。另外鉆石底石墨烯（Graphene On Diamond，簡(jiǎn)稱GOD）也是量子電腦的終極材料，我在國(guó)內(nèi)外主講過，請(qǐng)參考《Cabontech Magazine》2022 年一月份所刊出的文章“鉆石常溫量子電腦的掌心運(yùn)算”。

       您不僅作為一名優(yōu)秀的科學(xué)家，同時(shí)工程化應(yīng)用做的也十分出色，您認(rèn)為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室成果在轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)技術(shù)、產(chǎn)品的過程中需要解決哪些問題？請(qǐng)您分享下您在科研與產(chǎn)業(yè)化道路上的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

       我的經(jīng)驗(yàn)非常獨(dú)特，可以給大家可以參考一下。我是一個(gè)人做一個(gè)公司的事情，例如技術(shù)移轉(zhuǎn)等。將技術(shù)授權(quán)給商業(yè)公司，讓他們?nèi)プ霎a(chǎn)業(yè)化的事。專利技術(shù)是核心，即使公司再大也會(huì)被專利制約。我國(guó)是全世界專利數(shù)量最多的國(guó)家，但目前專利頻似學(xué)術(shù)發(fā)表，真正實(shí)用于工業(yè)生產(chǎn)制備并不多。例如中國(guó)投資專利能獲取回報(bào)的不到 1%。我收取專利授權(quán)金是申請(qǐng)專利時(shí)所花費(fèi)用的百倍。另外，一般的技術(shù)開發(fā)講究保密，以免競(jìng)爭(zhēng)者抄襲。但在技術(shù)變化快速的年代，閉門造車很可能跟不上市場(chǎng)變化。我認(rèn)為，這時(shí)要先掛號(hào)一個(gè)發(fā)明的優(yōu)先日期。在美國(guó)這稱為 Provisional Application。這時(shí)只要揭露發(fā)明的內(nèi)容，不需要圈好申請(qǐng)范圍。這種發(fā)明不但不需要保密，反而要積極鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)者抄襲。在一年內(nèi)自己完善先前的初期申請(qǐng)，并同時(shí)申請(qǐng)專利國(guó)家協(xié)議（PCT）。PCT 的內(nèi)容在十八個(gè)月內(nèi)不公開。在這期間，市場(chǎng)產(chǎn)品的變化都可用來豐富申請(qǐng)的范圍，最后將專利在競(jìng)爭(zhēng)者的國(guó)度申請(qǐng)。這樣不但保全了最早的優(yōu)先日期，而且可以讓競(jìng)爭(zhēng)者的研發(fā)成果包含在自己的專利范圍內(nèi)。這種專利可以不斷延伸到以前沒想到的范圍，在美國(guó)稱為 ClP（或稱譖艦專利）。我即用此策略以小博大，以個(gè)人的專利打敗了國(guó)際聞名的創(chuàng)新公司 3M，并迫使對(duì)方支付權(quán)利金。

       所以專利要有策略的思維，需要從大賽道去做。這就需要非常扎實(shí)的技術(shù)支持，同時(shí)產(chǎn)業(yè)適用范圍要大，而不能僅僅局限于使用在某個(gè)小方向上。當(dāng)然，專利策略本身是個(gè)非常復(fù)雜的事情，這一點(diǎn)我國(guó)還需要不斷的努力。