金剛石材料已經(jīng)有50多年的發(fā)展歷史，除了它在傳統(tǒng)的工具用途（地質(zhì)、石油鉆頭，切割等）外，光學(xué)和熱應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷的上升，而且在半導(dǎo)體裝置如在高溫環(huán)境下運(yùn)作的大功率和高頻率設(shè)備，金剛石材料也有了新的應(yīng)用。

　　金剛石獨(dú)一無(wú)二的物理和電氣特性使它成為具有兩者綜合性能的電子設(shè)備的理想候選材料，其中包括大家耳熟能詳?shù)臒釋?dǎo)電性、比較寬的能帶間隙、極好的電子絕緣體、很高的擊穿電壓和載子移動(dòng)率等特性。

　　然而，正如大家想到的那樣，金剛石和開發(fā)利用金剛石材料技術(shù)成本很高，金剛石材料的應(yīng)用也受到了很大的限制，只能用在一小部分領(lǐng)域和高端設(shè)備中。

　　Yole 研發(fā)公司在一篇報(bào)告《金剛石材料在半導(dǎo)體中的應(yīng)用》指出，公司已經(jīng)開發(fā)出金剛石在電子設(shè)備中的潛在應(yīng)用價(jià)值，報(bào)告集中介紹了在高壓電力電子、高頻率和大功率設(shè)備以及大功率光電設(shè)備（激光二極管、LED等）中的應(yīng)用。以及在市場(chǎng)量化中，人們已經(jīng)考慮到了金剛石在被動(dòng)（散熱器）和主動(dòng)（二極管，晶體管）器件中的應(yīng)用。

　　在2013年金剛石材料市場(chǎng)，大量的行業(yè)人員都是由這種優(yōu)質(zhì)高成本的材料問題所困擾，其中最大問題是很高的研發(fā)活動(dòng)成本。2013-2020年金剛石材料市場(chǎng)增長(zhǎng)報(bào)告指出：金剛石材料的應(yīng)用分為兩個(gè)方面：基本應(yīng)用是半導(dǎo)體裝置，市場(chǎng)值超過了4300萬(wàn)美元，主要是在大功率設(shè)備熱管理的導(dǎo)熱片上的應(yīng)用。

　　獲得高質(zhì)金剛石材料是金剛石設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵所在

　　電子領(lǐng)域如肖特基二極管、晶體三極管等，都需要高質(zhì)單晶化學(xué)氣相沉積金剛石，因?yàn)樗鼈儽旧砭哂袃?yōu)越的應(yīng)用性能，如高載流子遷移率、長(zhǎng)載體壽命、高細(xì)分和高導(dǎo)熱性等。

　　優(yōu)質(zhì)金剛石晶片是由金剛石晶體在高溫高壓環(huán)境下形成的，其大小只有幾毫米。相比之下，半導(dǎo)體材料碳化硅晶片大小高達(dá)150毫米。

　　未來(lái)基于金剛石的主動(dòng)設(shè)備對(duì)于晶片的要求必須要達(dá)到2英寸以上，并且缺陷密度為100 cm-2或更低。實(shí)現(xiàn)厚金剛石膜上獨(dú)立晶片的不同方法正在研發(fā)中。目前，一種鑲嵌式方法可以實(shí)現(xiàn)2英寸大小的晶片，但是缺陷密度還有待于降低。據(jù)Yole公司對(duì)于單晶金剛石晶片的技術(shù)規(guī)劃圖可知，2英寸而又缺陷密度很低晶片的商業(yè)應(yīng)用大概在2016-2017年才能實(shí)現(xiàn)。

　　由于它的擴(kuò)展?jié)摿?，?qiáng)化微波化學(xué)氣相沉積對(duì)于晶體增長(zhǎng)比高溫高壓的方法更有前景。Yole公司也說:“強(qiáng)化微波化學(xué)氣相沉積是薄膜增長(zhǎng)最有前途的技術(shù)方法，而促進(jìn)高質(zhì)厚金剛石膜增長(zhǎng)的是均向外延單晶金剛石晶片。

　　銥元素上的金剛石異質(zhì)外延可以使金剛石薄膜達(dá)到4英寸，但是要想達(dá)到更大的尺寸則需要控制良好和可再生的生產(chǎn)工藝。

　　除了單晶片材料制造技術(shù)挑戰(zhàn)以外，由于缺乏一個(gè)有效的供體，n類型摻雜質(zhì)目前也仍然很難實(shí)現(xiàn)，這也就嚴(yán)重阻礙了金剛石在電子中的應(yīng)用。由于應(yīng)用硼元素可以生產(chǎn)一般絕緣金剛石的p類型摻雜質(zhì)，所以現(xiàn)在很多人把目光集中在了單極設(shè)備的生產(chǎn)上，第一批預(yù)期主動(dòng)金剛石設(shè)備將是肖特基公司的二極管。

　　盡管與單晶金剛石材料相比，多晶金剛石薄膜的電熱性能都不是很好，但是它們面積很大而且成本較低。Yole公司說：“多晶金剛石薄膜主要用在導(dǎo)熱片設(shè)備上（和很多非電子應(yīng)用功能，比如光學(xué)窗口），未來(lái)要想降低金剛石薄膜成本和材料性能主要依靠CVD設(shè)備。”

　　因而，設(shè)備制造商如Cornes技術(shù)有限公司、元素六、Plassys-Bestek、sp3金剛石技術(shù)公司把精力都投放在了具有更大沉積領(lǐng)域、更高增長(zhǎng)率、低電力消耗和高質(zhì)薄膜質(zhì)量的CVD反應(yīng)器上的研發(fā)上，而且金剛石薄膜和晶片的直接結(jié)合對(duì)于降低大功率和高頻率設(shè)備應(yīng)用的熱管理成本具有很大的潛在價(jià)值。

　　早期的市場(chǎng)準(zhǔn)入有利于確保公司在未來(lái)巨大市場(chǎng)中獲得更好的位置

　　金剛石材料供應(yīng)商之間的不同主要在于技術(shù)上的差異，盡管很多廠商也能提供金剛石材料，但是只有很少一部分可以提供高質(zhì)量產(chǎn)品，與質(zhì)量更差的產(chǎn)品相比，它們也只不過是有更大的區(qū)分度，但也只是廉價(jià)的非金剛石替代品而已。事實(shí)上，每種材料類型只有不到三家公司可以連續(xù)供應(yīng)高質(zhì)產(chǎn)品，很多廠家有自己的重大研發(fā)基地和研發(fā)基金開發(fā)新產(chǎn)品，在這樣的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，就只有在技術(shù)上獲得優(yōu)勢(shì)，占取先機(jī)。

　　最近元素六收購(gòu)了Group4實(shí)驗(yàn)室機(jī)構(gòu)作為合作伙伴表明，關(guān)鍵性的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成為一種重要趨勢(shì)，這樣才能保證公司在金剛石材料市場(chǎng)的固定位置。從過去的歷史中，我們可以看到，金剛石技術(shù)的開發(fā)和優(yōu)化是非常復(fù)雜而且又耗費(fèi)時(shí)間的。以前金剛石廠家所擁有的技術(shù)和IP優(yōu)勢(shì)，對(duì)于新制造商來(lái)說都是很難克服的，而且以后要想打進(jìn)市場(chǎng)幾乎是不可能的。

　　比如，大功率和高頻率以及大功率光電的開發(fā)商和制造商都是依靠高質(zhì)量材料的可再生供應(yīng)而生存的。

　　一些歐洲和日本龍頭企業(yè)公司，尤其是關(guān)于電力和電子公司對(duì)于應(yīng)用基于金剛石設(shè)備，仍然很保守。這就給其它公司提供了機(jī)會(huì)，避免利用技術(shù)和他們直接競(jìng)爭(zhēng)，不斷的開發(fā)電力電子市場(chǎng)份額，在市場(chǎng)中占領(lǐng)先機(jī)。（摘譯自：“Yole: Diamond materials to sparkle in passive devices”，翻譯人：馬燕平）