近幾年來，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）已經(jīng)成功登上了半導(dǎo)體材料的舞臺(tái)，憑借其卓越的節(jié)能和小型化優(yōu)勢(shì)，掀起了一場(chǎng)技術(shù)革新。然而，如果說它們是“明日之星”，那么金剛石半導(dǎo)體材料無疑將成為未來的王者，因?yàn)榻饎偸挠捕取⒙曀?、熱?dǎo)率、楊氏模量等物理特性在所有材料中都首屈一指。

       令人意外的是，幾年前，SiC的廢料還被用來制造莫桑鉆，憑借高性價(jià)比迅速贏得了市場(chǎng)的青睞。如今，真正的“鉆石”——金剛石，正加速邁向半導(dǎo)體領(lǐng)域，隨著全球各國(guó)的積極布局和技術(shù)突破，金剛石的產(chǎn)業(yè)鏈正在日益建立起來，如下圖所示。這一傳奇材料的半導(dǎo)體化之路已悄然鋪開，未來可期。

       終極功率半導(dǎo)體材料：金剛石

       眾所周知，在高溫和高熱的條件下，硅器件的效率正日益達(dá)到極限。因而探索出了SiC和GaN。雖然由碳化硅、氮化鎵和其他材料制成的堅(jiān)固而強(qiáng)大的半導(dǎo)體廣泛用于處理高電壓和高電流的電動(dòng)汽車、軌道車和 5G 基站，但通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量不斷增加，迫切需要性能更佳的半導(dǎo)體。

       為金剛石因其優(yōu)異的物理特性而常被稱為“終極功率半導(dǎo)體材料”。其中包括：1）帶隙大，抗介電擊穿能力強(qiáng)。2）遷移率（開關(guān)速度）高，功耗低。3）在高溫、高輻射環(huán)境下也能穩(wěn)定運(yùn)行。金剛石特別適合用于功率半導(dǎo)體，因?yàn)樽鳛榻^緣體，金剛石的介電擊穿強(qiáng)度是硅的33倍，遠(yuǎn)高于SiC和GaN。帶隙是硅的5.5倍，帶隙是指固體材料中不存在電子態(tài)的能量范圍。帶隙越大，發(fā)生介電擊穿的可能性就越小。金剛石功率半導(dǎo)體還可在大約 5 倍高溫的環(huán)境中工作，理論上可處理大約 50,000 倍的電力。

       金剛石半導(dǎo)體的一個(gè)潛在應(yīng)用領(lǐng)域是通信衛(wèi)星。通信衛(wèi)星通過無線電波與地面進(jìn)行通信，需要高頻率和高功率才能有效運(yùn)行。早期的通信衛(wèi)星使用真空管。然而，真空管由于體積大、能量損失大而效率低下。盡管人們一直期望用半導(dǎo)體取代真空管，但外太空的惡劣環(huán)境可能會(huì)干擾真空管的運(yùn)行。金剛石半導(dǎo)體提供了一種潛在的解決方案，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)構(gòu)緊湊，能夠承受通信衛(wèi)星所需的頻率和輸出，從而實(shí)現(xiàn)高效的信號(hào)放大。它們還耐熱、耐宇宙射線，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

       另外一個(gè)應(yīng)用是核電領(lǐng)域，金剛石半導(dǎo)體對(duì)于制造能夠在核事故、退役工作和基站應(yīng)用中遇到的高溫和放射性條件（耐惡劣環(huán)境）等惡劣環(huán)境下運(yùn)行的模擬設(shè)備至關(guān)重要。再就是量子計(jì)算領(lǐng)域等等。

       作為終極功率半導(dǎo)體材料，金剛石的生產(chǎn)也是極具挑戰(zhàn)的。金剛石的硬度使其難以以電子設(shè)備所需的精度進(jìn)行研磨和加工。金剛石在半導(dǎo)體中長(zhǎng)期使用時(shí)也會(huì)變質(zhì)。嘗試用金剛石形成更大的襯底是一項(xiàng)特別的挑戰(zhàn)，而且成本也阻礙了其商業(yè)化。

       盡管如此，業(yè)界還是有不少公司、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)投身于金剛石半導(dǎo)體材料的研究，而且已經(jīng)有不少公司取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，為金剛石的工業(yè)化鋪平道路。

       日本走在前列

       在金剛石半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展方面，日本無疑處于全球領(lǐng)先地位。從金剛石襯底的研發(fā)，到器件的設(shè)計(jì)，再到設(shè)備的制造，日本已經(jīng)均有所布局，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善。

       Orbray公司量產(chǎn)2英寸金剛石襯底晶圓

       早在2021年，總部位于東京的精密部件制造商 Orbray采用異質(zhì)外延法已開發(fā)出 2 英寸金剛石晶圓的量產(chǎn)技術(shù)。Orbray成立于1939年，以制造電表用寶石軸承起家，核心技術(shù)是寶石加工技術(shù)（切割、研磨和拋光）目前，該公司生產(chǎn)和銷售精密寶石零件、直流無鐵心馬達(dá)、光纖元件和醫(yī)療器械。特別是在合成鉆石和藍(lán)寶石的培育技術(shù)方面，Orbray 取得了世界上最先進(jìn)的成果。

       Orbray開發(fā)了一種創(chuàng)新的階梯流動(dòng)生長(zhǎng)技術(shù)，用于生長(zhǎng)符合工業(yè)應(yīng)用需求的2英寸（50毫米）直徑鉆石晶體。充分利用藍(lán)寶石基底技術(shù)，精確控制基藍(lán)寶石晶圓。傾斜的Ir/藍(lán)寶石表面使得鉆石晶體沿水平方向生長(zhǎng)，從而緩解了生長(zhǎng)過程中的應(yīng)力積累?，F(xiàn)在，該公司正在向4英寸的襯底晶圓目標(biāo)奮進(jìn)，計(jì)劃在 2029 年上市，旨在籌集最多100億日元，加強(qiáng)其秋田工廠的生產(chǎn)。他們所生產(chǎn)的鉆石晶圓被命名為KENZAN Diamond。

       2024年6月，Orbray與Element Six宣布建立戰(zhàn)略合作，以提供世界上最高質(zhì)量的晶圓級(jí)單晶 (SC) 合成金剛石。Element Six 是第一家建立和開發(fā)化學(xué)氣相沉積 (CVD) 平臺(tái)的公司，該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)大面積、均勻的多晶金剛石生長(zhǎng)，直徑可達(dá) 150 毫米，后來，它又率先開發(fā)和生產(chǎn)電子級(jí) SC 金剛石，并于 21 世紀(jì)將其首批 SC 產(chǎn)品系列商業(yè)化。最近，E6 在俄勒岡州格雷舍姆開設(shè)了一家世界一流的CVD工廠，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì) SC 合成金剛石產(chǎn)品的可持續(xù)、規(guī)?；a(chǎn)。

       佐賀大學(xué)開發(fā)出金剛石半導(dǎo)體電路

       2023年，日本佐賀大學(xué)（Saga University）團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出全球首個(gè)采用金剛石半導(dǎo)體的電源電路。這一突破是與日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu) (JAXA) 合作實(shí)現(xiàn)的，重點(diǎn)是用于太空通信的高頻元件。JAXA 與佐賀大學(xué)在這些項(xiàng)目上的合作凸顯了金剛石半導(dǎo)體的吸引力，不僅因?yàn)樗鼈兊哪陀眯?，還因?yàn)樗鼈兡軌蚴剐l(wèi)星和航天器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高效的電源管理，這是可靠性至關(guān)重要的太空探索任務(wù)中的關(guān)鍵因素。

       用金剛石制成的P型垂直MOSFET

       2024年8月23日，日本早稻田大學(xué)報(bào)告了一種由金剛石制成的垂直MOSFET，其漏電流實(shí)現(xiàn)了超過1 A。他們?cè)谡撐闹兄赋觯琾 型MOSFET是實(shí)現(xiàn)高速度運(yùn)行和小型化柵驅(qū)動(dòng)電路所需互補(bǔ)反相器和轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵器件。盡管 SiC、GaN 和 Ga?O?等寬帶隙半導(dǎo)體在n通道 MOSFET 中表現(xiàn)出色，但它們?cè)趐型應(yīng)用中不理想。而金剛石因其高擊穿電場(chǎng)（10 MV/cm）、高熱導(dǎo)率（22 W/cm·K）、高空穴遷移率（2000 至 3800 cm2/V·s），以及能夠在其表面誘導(dǎo)二維空穴氣（2DHG）等特性而成為p通道功率器件的理想材料。

       在Nobutaka Oi等人的研究中，在 VDS=?20 V條件下，最大漏電流達(dá)到1.5 A，并在 VDS = –10 V 時(shí)獲得了高達(dá) 9.5 個(gè)數(shù)量級(jí)的開關(guān)比。對(duì)于柵寬為 2 mm 的器件，其特定導(dǎo)通電阻和漏電流密度分別為 118 mΩ\cdotpmm和85 mA/mm。通過連接更多單元（或器件）并降低源電極電阻等寄生電阻，可以進(jìn)一步提高最大漏電流。[Nobutaka Oi 等人，IEEE Electron Device Letters，2024 年 8 月 7 日在線發(fā)表]

       基于早稻田大學(xué)教授Hiroshi Kawarada教授的開創(chuàng)性工作，初創(chuàng)公司Power Diamond Systems致力于實(shí)現(xiàn)這些成果技術(shù)的轉(zhuǎn)化。該公司于2024年12月開發(fā)出一種金剛石元件，能夠處理世界領(lǐng)先的 6.8A電流，。該公司計(jì)劃在幾年內(nèi)開始運(yùn)送樣品。

       由北海道大學(xué)和日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所 (AIST) 與2022年3月共同創(chuàng)立的初創(chuàng)企業(yè)Ookuma Diamond Device，正在福島縣建造一家工廠，將大規(guī)模生產(chǎn)鉆石半導(dǎo)體，主要商業(yè)集中在退役/耐受輻射裝置、衛(wèi)星通信及雷達(dá)業(yè)務(wù)、基站業(yè)務(wù)（超5G）。該工廠將于 2026 財(cái)年開始運(yùn)營(yíng)，目標(biāo)是將半導(dǎo)體安裝在用于清除受災(zāi)福島第一核電站殘骸的設(shè)備中。這些核廢料是2011年福島核事故中反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)和核燃料熔化產(chǎn)生的高放射性殘留物，只有鉆石半導(dǎo)體等耐高輻射的設(shè)備才能處理它們。

        拋光設(shè)備公司

       人造金剛石在制造和拋光上尚面臨高成本和加工難度。隨著人造金剛石制造和拋光技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)將有助于解決這些問題。

       生產(chǎn)用于研究設(shè)施的精密設(shè)備的JTEC公司擁有利用等離子拋光高硬度材料表面的設(shè)備，適用于單晶金剛石、SiC、GaN 和其他硬度材料。該公司已經(jīng)成功高效且無損地拋光了世界領(lǐng)先尺寸的單晶金剛石基板，并已接到用于金剛石材料加工的開發(fā)設(shè)備的訂單。

       PAP（等離子輔助拋光）工藝是一種獨(dú)特的拋光工藝，利用等離子對(duì)工件/密封件的表面進(jìn)行改性，專門用于拋光鉆石等硬質(zhì)材料。與使用傳統(tǒng)鉆石磨料等的機(jī)械拋光相比，它效率更高，并且可獲得損傷和缺陷更少的表面。預(yù)計(jì)它將被用于未來作為功率器件備受關(guān)注的鉆石基板的加工。

       金剛石吸引車企的關(guān)注

       一些大型公司也開始關(guān)注金剛石半導(dǎo)體并積極投資。由豐田汽車與電裝合資成立的汽車半導(dǎo)體研究公司通Mirise Technologies，于2023年5月，與Orbray合作開發(fā)電動(dòng)汽車垂直金剛石功率器件。

       該項(xiàng)目為期三年，在此次研究合作中，Orbray 將負(fù)責(zé)開發(fā) p 型導(dǎo)電金剛石襯底，而 MIRISE 將負(fù)責(zé)開發(fā)高壓操作器件結(jié)構(gòu)，以證明垂直金剛石功率器件的可行性。項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，兩家公司計(jì)劃討論下一階段的合作，例如進(jìn)一步研發(fā)。

       美國(guó)的步伐加快

       美國(guó)近幾年來陸續(xù)誕生了一些金剛石半導(dǎo)體初創(chuàng)公司，這些公司大多利用多年的學(xué)術(shù)研發(fā)專業(yè)知識(shí)來推動(dòng)半導(dǎo)體金剛石器件的商業(yè)化。

       Diamond Foundry開發(fā)出世界首個(gè)單晶鉆石晶圓

       2023年10月2日，一家名為Diamond Foundry（簡(jiǎn)稱DF）的公司創(chuàng)造出了世界上首個(gè)單晶鉆石晶圓，直徑100毫米、重110克拉。該公司的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)由麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的工程師組成。按照該公司的規(guī)劃，在2023年以后，他們計(jì)劃在每個(gè)芯片后安裝一顆單晶鉆石用于散熱，到2033年以后，推動(dòng)鉆石材料在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用，如用于制造晶體管或其他半導(dǎo)體元件的基底材料。

       Diamond Quanta在摻雜上實(shí)現(xiàn)突破

       2024年6月6日，美國(guó)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。該公司成立于 2024 年 1 月，總部位于加利福尼亞。該公司還于去年9月被選中加入Plug and Play著名的半導(dǎo)體和光子加速器計(jì)劃。

       雖然這家公司成立才1年但是Diamond Quanta首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Adam KhanAdam Khan卻是鉆石半導(dǎo)體技術(shù)的先驅(qū)。他在實(shí)驗(yàn)室培育鉆石技術(shù)領(lǐng)域工作了15 年。Diamond Quanta是Adam創(chuàng)辦的第二家鉆石半導(dǎo)體初創(chuàng)公司，第一家是 Akhan Semiconductor，專注于薄膜納米晶體鉆石，他在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的鉆石薄膜以用于各種應(yīng)用方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，例如使用 Miraj Diamond Glass增強(qiáng)智能手機(jī)屏幕和鏡頭，使用Miraj Diamond Optics提高飛機(jī)的生存能力。

       Diamond Quanta的目標(biāo)是克服與成功摻雜金剛石相關(guān)的挑戰(zhàn)以及目前與傳統(tǒng)方法相關(guān)的限制缺陷和電荷傳輸問題。金剛石中的 N 型摻雜會(huì)引起幾何變形，通過消除退化電子態(tài)來降低金剛石的體積能量。這些變形會(huì)顯著影響電子態(tài)，從而影響傳輸特性。電場(chǎng)中的載流子利用與空位或缺陷相關(guān)的局部陷阱態(tài)，這種機(jī)制稱為陷阱輔助跳躍或可變范圍跳躍。由于強(qiáng)局部化和缺陷產(chǎn)生的不規(guī)則勢(shì)場(chǎng)散射增加，載流子的遷移率較低，與完美晶格相比，載流子速度和遷移率降低。解決這些挑戰(zhàn)對(duì)于充分發(fā)揮金剛石基電子設(shè)備的潛力至關(guān)重要。

       該公司的核心在于統(tǒng)一鉆石框架 (UDF)。UDF方法植根于一種新穎的鉆石晶體空間和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第一性原理方法，與拓?fù)湮锢韺W(xué)和量子實(shí)驗(yàn)的最新進(jìn)展相一致。該方法提供了對(duì)鉆石電子結(jié)構(gòu)的全面理解，超越了傳統(tǒng)的能帶理論。利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建模和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，包括密度函數(shù)理論 (DFT) 和 Python/MATLAB，他們探索了基于鉆石的量子技術(shù)和先進(jìn)電子應(yīng)用的新可能性。

       Adam認(rèn)為，基于鉆石的芯片最終可用于高性能GPU和邏輯應(yīng)用。不過，目前的重點(diǎn)是功率半導(dǎo)體，以推動(dòng)該技術(shù)的成熟。例如，在電動(dòng)汽車中，鉆石可以取代重型冷卻系統(tǒng)，減輕汽車重量并增加續(xù)航里程。

       Advent Diamond正在開發(fā)金剛石二極管

       Advent Diamond是亞利桑那州立大學(xué)科技型初創(chuàng)公司，也是唯一一家能夠使用 p 型、n 型和本征金剛石生產(chǎn)金剛石電子元件的美國(guó)公司。該公司的核心創(chuàng)新之一是能夠在特定基底上生長(zhǎng)單晶磷摻雜金剛石，磷摻雜具有特別重要的意義，因?yàn)樗軌蛟诮饎偸行纬?n 型半導(dǎo)體，而 n 型半導(dǎo)體是電子設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵元素。此外，Advent Diamond 在大面積生長(zhǎng)硼摻雜金剛石層方面取得了里程碑式的進(jìn)展，拓展了金剛石基電子產(chǎn)品的潛在應(yīng)用。

       Advent Diamond已從美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)獲得了75 萬美元的資助，用于將基礎(chǔ)電力電子元件二極管推向市場(chǎng)。該公司目前正在開發(fā)一系列二極管，電流密度 >1kA/cm2，可以同時(shí)滿足傳統(tǒng)二極管無法滿足的高頻和高功率規(guī)格，用于雷達(dá)系統(tǒng)等射頻應(yīng)用的接收器保護(hù)電路。這些二極管的良好規(guī)格得益于金剛石的極端材料特性。

       撥款350萬元用于金剛石光控半導(dǎo)體晶體管

       2024年1月份，伊利諾伊大學(xué)被選中接受美國(guó)能源部高級(jí)研究計(jì)劃署 (ARPA-E) 的 350 萬美元資助。這筆資金是 ARPA-E 的ULTRAFAST 計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃旨在通過以芯片為中心的創(chuàng)新來改善國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的控制和保護(hù)。這個(gè)項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是金剛石這種新型半導(dǎo)體材料，開發(fā)光學(xué)觸發(fā)金剛石半導(dǎo)體開關(guān)器件。該項(xiàng)目將開發(fā)和優(yōu)化鉆石光控結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (DOG-FET) 技術(shù)。

       美國(guó)大學(xué)發(fā)現(xiàn)摻硼鉆石新特性

       2025年初，美國(guó)的兩所大學(xué)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員在添加了硼的鉆石中發(fā)現(xiàn)了另一種有趣的特性，即硼摻雜鉆石。鉆石由透明的碳元素晶體組成，可通過添加少量硼（位于元素周期表中碳的旁邊）來合成。硼比碳少一個(gè)電子，因此可以接受電子。硼本質(zhì)上會(huì)在材料中打開一個(gè)周期性的電子“空穴”，從而提高材料的導(dǎo)電能力。摻硼的鉆石晶格保持透明，并呈現(xiàn)藍(lán)色色調(diào)。這對(duì)于先進(jìn)的生物傳感器、納米級(jí)光學(xué)設(shè)備以及改進(jìn)太陽能電池和量子設(shè)備非常重要。

       他們的發(fā)現(xiàn)可能為新型生物醫(yī)學(xué)和量子光學(xué)設(shè)備鋪平道路——速度更快、效率更高，并且能夠以傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的方式處理信息。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《Nature》上。

       歐洲注重金剛石制造

       DIAMFAB攻堅(jiān)4英寸金剛石晶圓

       DIAMFAB是一家位于法國(guó)格勒諾布爾的高科技初創(chuàng)公司，成立于2019年，設(shè)于法國(guó)國(guó)家科研中心尼爾研究所。以格勒諾布爾法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院 (CNRS) 30 年的研發(fā)工作為基礎(chǔ)。這家初創(chuàng)公司專注于人造金剛石的外延和摻雜，在薄金剛石層生長(zhǎng)和電子元件設(shè)計(jì)方面擁有四項(xiàng)專利。金剛石可以摻雜硼（B）的p型，也可以摻雜氮（N）或磷（P）的n型。DIAMFAB精通硼和氮摻雜。

       Diamfab的目標(biāo)是到2026年將金剛石晶圓尺寸拓展至4英寸。相較于傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體，金剛石器件所需晶圓面積更小，成本更低。Diamfab首席執(zhí)行官Gauthier Chicot表示：“金剛石器件有望在4英寸晶圓上與SiC展開競(jìng)爭(zhēng)。”它已從一個(gè)投資者財(cái)團(tuán)獲得總計(jì)870萬歐元的首輪融資，這筆融資將使該公司能夠建立一條試驗(yàn)生產(chǎn)線，這是邁向商業(yè)化的關(guān)鍵一步。DIAMFAB采用兩種技術(shù)來合成金剛石晶圓：HPHT（高壓高溫）或MPCVD（微波等離子體化學(xué)氣相沉積）。

       自 2019 年成立以來，Diamfab 已經(jīng)建立了一個(gè)由國(guó)際合作伙伴和客戶組成的生態(tài)系統(tǒng)，這些合作伙伴和客戶正在幫助開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，其中包括 Soitec、Murata、意法半導(dǎo)體、CEA-Leti 和施耐德電氣。

       撥款8100萬歐元建設(shè)金剛石代工廠

       2024年12月17日,歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)西班牙直接撥款 8100萬歐元，支持 Diamond Foundry Europe（美國(guó)加利福尼亞州舊金山 Diamond Foundry Inc 的子公司）在埃斯特雷馬杜拉特魯希略建立新工廠，總投資額約為 6.75 億歐元，用于生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)合成鉆石毛坯。Diamond Foundry 表示計(jì)劃于 2025 年開始生產(chǎn)單晶金剛石芯片，服務(wù)于傳統(tǒng)金剛石買家和半導(dǎo)體行業(yè)。

       襯底材料供應(yīng)商：Element SiX

       Element Six 成立于 1946 年，現(xiàn)已發(fā)展成為人造金剛石和超材料制造領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。Element Six 提供廣泛的高品質(zhì)人造金剛石解決方案，支持半導(dǎo)體和電子制造價(jià)值鏈的每個(gè)階段，從“前端”晶圓制造、“后端”組裝、封裝和測(cè)試，到最終的電子設(shè)備生產(chǎn)。

       具體而言，CVD金剛石熱管理解決方案可提高任務(wù)關(guān)鍵型高功率密度 RF 放大器的可靠性，并支持對(duì)加工后的晶圓和半導(dǎo)體芯片進(jìn)行測(cè)試和檢查。我們的高性能金剛石砂粒、粉末和拉絲模具是切割和拋光半導(dǎo)體晶圓以及智能電子產(chǎn)品中使用的硬質(zhì)光學(xué)材料不可或缺的部分。設(shè)備組裝和集成需要對(duì)印刷電路板和各種金屬、玻璃和陶瓷材料進(jìn)行精密加工 - 我們的單晶和多晶金剛石系列精密加工工具可提供世界領(lǐng)先的消費(fèi)電子產(chǎn)品工業(yè)制造商所期望的質(zhì)量和可靠性。

       中國(guó)也不遜色

       如果未來鉆石半導(dǎo)體得到廣泛應(yīng)用，那么穩(wěn)定供應(yīng)高品質(zhì)的人造鉆石將至關(guān)重要。目前，中國(guó)是人造鉆石的重要產(chǎn)地之一，據(jù)證券時(shí)報(bào)·數(shù)據(jù)寶統(tǒng)計(jì)，上市公司方面，人造金剛石主要企業(yè)有力量鉆石、惠豐鉆石、黃河旋風(fēng)、國(guó)機(jī)精工、中兵紅箭、四方達(dá)、沃爾德、光莆股份、恒盛能源等等。值得一提的是，中國(guó)在金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域也取得了不少突破，中國(guó)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速推進(jìn)。

       2024年1月，根據(jù)西安交大官網(wǎng)信息，西安交大王宏興教授研究團(tuán)隊(duì)采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）技術(shù)，歷經(jīng)10年潛心研發(fā)，獨(dú)立自主開發(fā)了2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底，并成功實(shí)現(xiàn)批量化（如下圖所示），達(dá)到世界領(lǐng)先水平。通過對(duì)成膜均勻性、溫場(chǎng)、流場(chǎng)及工藝參數(shù)的有效調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了襯底表面臺(tái)階流（step-flow）生長(zhǎng)模式，提高了異質(zhì)外延單晶金剛石成品率與晶體質(zhì)量。

       該項(xiàng)目榮獲2024年度中國(guó)第三代半導(dǎo)體技術(shù)十大進(jìn)展。10年前，我國(guó)在此方面的研發(fā)幾乎是空白，2013年作為西安交大引進(jìn)的國(guó)家級(jí)特聘專家人才王宏興組建西安交大寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件研究中心，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)科研人員開始攻關(guān)，歷經(jīng)10年潛心研發(fā)，目前已形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石半導(dǎo)體外延設(shè)備研發(fā)、單晶/多晶襯底生長(zhǎng)、電子器件研制等系列技術(shù)，已獲授權(quán)48項(xiàng)發(fā)明專利。

       2024年12月19日，北京大學(xué)東莞光電研究院發(fā)布最新研究成果，該院與南方科技大學(xué)、香港大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，在金剛石薄膜材料制備和應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展，成功開發(fā)出能夠批量生產(chǎn)大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的制備方法。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著在金剛石薄膜技術(shù)領(lǐng)域的一大飛躍，為未來金剛石薄膜在電子、光學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能性。該研究成果于12月18日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表。

       除了科研院所的研究進(jìn)展之外，中國(guó)也有一些企業(yè)正在加速金剛石半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化。

       2025年1月6日，河南四方達(dá)控股子公司-河南天璇半導(dǎo)體科技有限責(zé)任公司與深圳市匯芯通信技術(shù)有限公司簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將聯(lián)合設(shè)立“CVD diamond在未來通信中高頻半導(dǎo)體器件應(yīng)用的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，并圍繞CVD金剛石在通信中高頻器件應(yīng)用領(lǐng)域開展多方面合作。河南天璇是四方達(dá)功能性金剛石業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的重要落地平臺(tái)，一直專注于采用自主研發(fā)的MPCVD設(shè)備以及CVD金剛石合成工藝，生產(chǎn)超純大尺寸功能性金剛石。

       化合積電（廈門）半導(dǎo)體科技有限公司，是一家專注于寬禁帶半導(dǎo)體襯底材料和器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，公司主要產(chǎn)品包括：晶圓級(jí)金剛石襯底、金剛石熱沉片、GaN on Diamond 、Diamond on GaN、硅基氮化鋁、藍(lán)寶石基氮化鋁、金剛石基氮化鋁等。公司金剛石和氮化鋁核心產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

       力量鉆石是國(guó)內(nèi)超硬材料主流供應(yīng)商，是國(guó)內(nèi)人造金剛石行業(yè)主要代表企業(yè)，目前已有金剛石產(chǎn)品應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。2025年1月15日，力量鉆石半導(dǎo)體高功率散熱片金剛石功能材料研發(fā)制造項(xiàng)目，歷經(jīng)一年多籌備和建設(shè)，于今日正式建成投產(chǎn)。該項(xiàng)目建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)金剛石半導(dǎo)體研發(fā)中心，購(gòu)置安裝國(guó)際先進(jìn)設(shè)備，重點(diǎn)圍繞“散熱+導(dǎo)熱”展開攻關(guān)，面對(duì)未來市場(chǎng)，向“大尺寸、增效益、降成本”等方向發(fā)展，不斷擴(kuò)大市場(chǎng)與應(yīng)用。

       結(jié)語

       隨著金剛石半導(dǎo)體材料的前景逐漸顯現(xiàn)，各國(guó)不僅在技術(shù)研發(fā)上加大投入，同時(shí)也在全球市場(chǎng)中展開了激烈競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)的企業(yè)也在積極推動(dòng)金剛石半導(dǎo)體的研發(fā)，力圖在這一領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位?？梢灶A(yù)見，金剛石已經(jīng)不再是實(shí)驗(yàn)室討論的話題，它現(xiàn)在正在成為一種工業(yè)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)物。