2024年6月6日，位于美國(guó)加州帕洛阿爾托的初創(chuàng)公司Diamond Quanta，宣布其專有的新型金剛石半導(dǎo)體制造和摻雜技術(shù)取得了重大突破。該公司，利用金剛石的特性，在電力電子和量子光子器件領(lǐng)域提供先進(jìn)的解決方案，展示了金剛石基半導(dǎo)體的全新強(qiáng)度和效率能力，這對(duì)于滿足現(xiàn)代技術(shù)行業(yè)的電力需求和緩解其日益惡化的能源問(wèn)題至關(guān)重要。

       據(jù)Diamond Quanta的研究人員稱，這一創(chuàng)新結(jié)果將在兩份即將發(fā)布的白皮書中公布。另外，Diamond Quanta 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Adam Khan 將于 8 月在墨西哥坎昆舉辦的第 32 屆國(guó)際材料研究大會(huì)上展示這些成果。

       從幕后走到熒屏前

       過(guò)去，一向低調(diào)的Adam Khan，近一個(gè)月以來(lái)，其新公司Diamond Quanta公司官網(wǎng)頻繁發(fā)布最新成果動(dòng)態(tài)！

（圖來(lái)自其官網(wǎng)）

       據(jù)了解，Diamond Quanta公司是由Akhan Semiconductor公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Adam Khan在2024年1月新成立的公司。該公司專注于半導(dǎo)體領(lǐng)域，目的是利用金剛石的優(yōu)異特性為電力電子和量子光子設(shè)備提供先進(jìn)的解決方案。

       Diamond Quanta創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Adam Khan表示“創(chuàng)辦Diamond Quanta ，并開發(fā)這種先進(jìn)的摻雜工藝是必要的。電子、汽車、航空航天、能源等行業(yè)一直在尋找一種半導(dǎo)體技術(shù)，以應(yīng)對(duì)技術(shù)擴(kuò)張不斷演變的需求所帶來(lái)的日益增長(zhǎng)的壓力。我們的技術(shù)不僅僅是為尋求提高半導(dǎo)體效率的行業(yè)提供替代材料；我們也正在推出一種全新的材料，它將重新定義性能、耐用性和效率的標(biāo)準(zhǔn)，它將在無(wú)縫地為現(xiàn)代日益繁重的負(fù)載供電方面發(fā)揮不可或缺的作用?！?/p>

       過(guò)去，金剛石芯片一度被認(rèn)為科學(xué)研究，其商業(yè)化應(yīng)用尚早。

       而早在2007年，Akhan Semiconductor公司正式成立，致力于金剛石半導(dǎo)體材料的研發(fā)。2013年獲得了美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的突破性低溫金剛石沉積技術(shù)的獨(dú)家金剛石半導(dǎo)體應(yīng)用許可權(quán)。

       這項(xiàng)技術(shù)可以在低至 400 ℃的溫度下，在各種晶片基底材料上沉積納米晶金剛石。來(lái)自阿貢的低溫金剛石技術(shù)與 Akhan 的 Miraj Diamond 工藝相結(jié)合，打破了半導(dǎo)體行業(yè)中金剛石薄膜的使用僅限于 p 型摻雜的障礙。

       后續(xù)，Akhan也正式宣布了自己的Miraj Diamond平臺(tái)，開發(fā)了一種申請(qǐng)專利的新工藝，其中在硅上創(chuàng)建 n 型金剛石材料，具有以前未證實(shí)的特性，例如 250 meV(a) 的淺電離能、高載流子遷移率（納米晶金剛石薄膜中大于 1000 cm2/Vs）、無(wú)石墨相以及低壓大電流二極管器件應(yīng)用中先前未證實(shí)的性能（+2V 正向偏壓時(shí)電流密度為 900(b) A/mm2）。

       隨后，Akhan保持低調(diào)研發(fā)，直到2021年8月，Akhan又宣布開發(fā)出首款將 CMOS 硅與金剛石基板結(jié)合在一起的 300 毫米（12 英寸）晶圓，取得了階段性的里程碑。

       今年1月，Adam Khan成立了新公司Diamond Quanta。

       5月23日，再次發(fā)聲，Diamond Quanta走到世界熒屏幕前。Diamond Quanta公布了有關(guān)新型金剛石半導(dǎo)體制造和摻雜技術(shù)的成果。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)將新元素?zé)o縫地融入鉆石的結(jié)構(gòu)中，賦予鉆石新的特性，同時(shí)又不破壞其晶體完整性。因此，金剛石（一種傳統(tǒng)上以其絕緣特性而聞名的材料）已轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛑С重?fù)（n 型）和正（p 型）電荷載流子的高性能半導(dǎo)體。這種遷移率水平表明金剛石晶格非常干凈、有序，并且由于成功實(shí)施了減輕載流子傳輸缺陷影響的共摻雜策略，散射中心得到了有效鈍化。此外，摻雜過(guò)程通過(guò)修正位錯(cuò)來(lái)細(xì)化現(xiàn)有的金剛石結(jié)構(gòu)，從而提高材料的導(dǎo)電性。這些進(jìn)步不僅保留而且增強(qiáng)了金剛石結(jié)構(gòu)，避免了常見的缺陷，例如明顯的晶格畸變或引入通常會(huì)降低遷移率的陷阱態(tài)。這也說(shuō)明，金剛石不僅是一種優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，而且是一種更穩(wěn)定、更高效的材料，具有獨(dú)特的能力，能夠超越傳統(tǒng)上在高功率和高溫環(huán)境下使用的其他材料。

（圖來(lái)自其官網(wǎng)）

       Diamond Quanta宣稱，這些先進(jìn)的金剛石半導(dǎo)體具有出色的導(dǎo)熱性和高電擊穿強(qiáng)度，非常適合部署在高功率密度和極端溫度普遍存在的環(huán)境，滿足從航空航天工程、汽車行業(yè)的苛刻運(yùn)行條件，再到人工智能的數(shù)據(jù)中心、高性能的消費(fèi)電子產(chǎn)品的嚴(yán)格功率要求。

       Diamond Quanta 已為其先進(jìn)的鉆石功率和光子半導(dǎo)體技術(shù)申請(qǐng)專利并向技術(shù)期刊提交了相關(guān)論文，該技術(shù)引入了一種新型鉆石材料，可提高實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的鉆石在半導(dǎo)體應(yīng)用中的效率和耐用性。Diamond Quanta 還向多家技術(shù)期刊提交了論文，預(yù)計(jì)將于今年夏天發(fā)表。

       6月6日，Diamond Quanta進(jìn)一步表示，會(huì)將其公司的創(chuàng)新結(jié)果在兩份即將發(fā)布的白皮書中公布。另外，Diamond Quanta 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Adam Khan 將于 8 月在墨西哥坎昆舉辦的第 32 屆國(guó)際材料研究大會(huì)上展示這些成果。   

       Diamond Quanta的兩項(xiàng)最新研究介紹

       Diamond Quanta 公司 將在第 32 屆國(guó)際材料研究大會(huì)上的兩個(gè)分論壇中分別展示成果。

       在“材料科學(xué)與量子技術(shù)”分論壇中，Diamond Quanta 發(fā)布“用于增強(qiáng)金剛石基量子設(shè)備中電荷傳輸?shù)南冗M(jìn)共摻雜技術(shù)”，這是由 Khan 和高級(jí)工程師 Tae Sung Kim 共同撰寫。

       在背景中介紹了統(tǒng)一金剛石框架的假設(shè)、形式和預(yù)測(cè)，并與其他方法及其結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，該技術(shù)可以優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)電荷傳輸，同時(shí)提高新型共摻雜金剛石系統(tǒng)中的晶體質(zhì)量并減少缺陷，而傳統(tǒng)方法在摻雜后會(huì)觀察到無(wú)序性增加。這些發(fā)現(xiàn)與所報(bào)告的增強(qiáng)電子特性（例如高載流子遷移率）相關(guān)并得到支持，表明新型摻雜技術(shù)可以有效管理金剛石系統(tǒng)固有的晶體各向異性和電荷傳輸動(dòng)力學(xué)。進(jìn)一步討論的是，金剛石半導(dǎo)體中的高載流子遷移率和低缺陷密度使得能夠創(chuàng)建可靠而高效的量子門，這是量子計(jì)算機(jī)的基本組件。

       在“先進(jìn)國(guó)防材料”分論壇中，發(fā)布的成果也是由 Khan 和 Kim 共同撰寫，在這一成果中，Diamond Quanta 重點(diǎn)關(guān)注該技術(shù)在高功率、高溫操作環(huán)境中的應(yīng)用，特別是與美國(guó)陸軍 DEVCOM 最近的報(bào)告《用于高功率射頻電子設(shè)備的金剛石基材料系統(tǒng)的開發(fā)：第三年報(bào)告》的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行對(duì)比，以展示 Diamond Quanta 新穎的共摻雜離子束方法的性能提升，該方法旨在直接解決促進(jìn)空位缺陷形成的機(jī)制。該技術(shù)優(yōu)化了電子結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)電荷傳輸，其中，通過(guò)阻礙擴(kuò)展空位運(yùn)動(dòng)，共摻雜劑促進(jìn)了摻雜劑作為取代基供體的整合。這最大限度地降低了深能級(jí)帶隙的形成，并促進(jìn)了導(dǎo)帶附近的更高遷移率電子態(tài)。比較表明，與將金剛石與其他半導(dǎo)體材料（例如氮化硼、氮化鎵等）異質(zhì)集成“堆疊”的方法相比，該方法性能大幅提高，并且對(duì)初始材料缺陷密度的限制更少，從而實(shí)現(xiàn)更具成本效益的金剛石解決方案。

（圖來(lái)自其官網(wǎng)）

       Diamond Quanta 首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人 Adam Khan 表示：“我們團(tuán)隊(duì)的突破性成果表明，金剛石基半導(dǎo)體有著光明的未來(lái)，因?yàn)槿斯ぶ悄?、汽車、航空航天等行業(yè)的進(jìn)步需要更強(qiáng)大、更高效的技術(shù)來(lái)自信地滿足日益增長(zhǎng)的電力需求。我們團(tuán)隊(duì)的新型金剛石制造和摻雜技術(shù)將使金剛石半導(dǎo)體能夠通過(guò)防止過(guò)熱來(lái)提高數(shù)據(jù)中心組件的可靠性和使用壽命；減少冷卻系統(tǒng)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)和更具成本效益的運(yùn)營(yíng)；并且與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體相比，可以在更高的功率密度下運(yùn)行。這些功能對(duì)于需要大量計(jì)算能力的人工智能數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兲岣吡嗣芗腿斯ぶ悄苡?jì)算的處理能力，從而實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)處理和更復(fù)雜的人工智能模型。它們還允許更緊湊的芯片設(shè)計(jì)，從而減少空間需求并可能增加每臺(tái)服務(wù)器的處理單元?！?nbsp;  

       Khan 在鉆石技術(shù)領(lǐng)域的研究既廣泛又深入，在一系列應(yīng)用領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，在實(shí)驗(yàn)室合成鉆石的創(chuàng)新中發(fā)揮了重要作用，為摻雜多晶鉆石研究的新突破做出了貢獻(xiàn)，并率先為一系列光學(xué)、光子和半導(dǎo)體元件應(yīng)用開發(fā)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。與 Khan一起加入 Diamond Quanta 的還有Tae Sung Kim 博士，他將領(lǐng)導(dǎo)公司的光子學(xué)和晶圓廠工程工作。

       Kim 表示：“Diamond Quanta 正在徹底改變電子和量子應(yīng)用。隨著我們走出幕后，尖端的芯片技術(shù)有望為鉆石創(chuàng)造一個(gè)充滿可能性的新世界?！?/p>