2025-02-13
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近年，碳化硅（SiC）與氮化鎵（GaN）憑節(jié)能、小型化優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)半導(dǎo)體革新。若此二者為“明日之星”，金剛石半導(dǎo)體則有望成為未來霸主，因其物理特性超群。昔日，SiC廢料變身莫桑鉆，性價(jià)比高受市場(chǎng)熱捧?，F(xiàn)今，金剛石加速進(jìn)軍半導(dǎo)體界，全球布局與技術(shù)突破正構(gòu)建其產(chǎn)業(yè)鏈。
終極功率半導(dǎo)體材料：金剛石
高溫下硅器件效率受限，推動(dòng)SiC、GaN等材料應(yīng)用。通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量激增，急需高性能半導(dǎo)體。金剛石以其高帶隙、強(qiáng)介電擊穿能力、高遷移率、低功耗及耐高溫輻射特性，被譽(yù)為“終極功率半導(dǎo)體”，性能遠(yuǎn)超硅。金剛石半導(dǎo)體在通信衛(wèi)星等領(lǐng)域潛力大，可替代真空管，提升信號(hào)放大效率，適應(yīng)惡劣環(huán)境。同時(shí)，對(duì)核電模擬設(shè)備及量子計(jì)算也至關(guān)重要。盡管生產(chǎn)面臨硬度加工、變質(zhì)、大襯底制作及成本等挑戰(zhàn)，仍有眾多機(jī)構(gòu)積極研究并取得進(jìn)展，為金剛石半導(dǎo)體工業(yè)化鋪路。
日本走在前列:日本在金剛石半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)先，產(chǎn)業(yè)鏈完善。Orbray量產(chǎn)2英寸金剛石晶圓，正研發(fā)4英寸；佐賀大學(xué)開發(fā)出金剛石半導(dǎo)體電路；早稻田大學(xué)制成高性能金剛石P型MOSFET。多家初創(chuàng)企業(yè)如Power Diamond、Ookuma Diamond Device等致力于金剛石半導(dǎo)體生產(chǎn)。拋光技術(shù)也在進(jìn)步，吸引車企關(guān)注投資。
美國(guó)的步伐加快:美國(guó)近年來涌現(xiàn)金剛石半導(dǎo)體初創(chuàng)公司，利用學(xué)術(shù)研發(fā)推動(dòng)商業(yè)化。Diamond Foundry創(chuàng)制世界首個(gè)100毫米單晶鉆石晶圓，計(jì)劃用于芯片散熱及半導(dǎo)體基底。Diamond Quanta在摻雜技術(shù)上取得突破，創(chuàng)始人Adam Khan為鉆石半導(dǎo)體技術(shù)先驅(qū)，其統(tǒng)一鉆石框架技術(shù)有望應(yīng)用于高性能GPU和邏輯芯片，當(dāng)前聚焦功率半導(dǎo)體。Advent Diamond開發(fā)金剛石二極管，獲美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，產(chǎn)品滿足高頻高功率需求。伊利諾伊大學(xué)獲ARPA-E資助，開發(fā)金剛石光控半導(dǎo)體開關(guān)器件。美兩所大學(xué)發(fā)現(xiàn)摻硼鉆石新特性，或推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)、量子光學(xué)設(shè)備發(fā)展。
歐洲注重金剛石制造:
DIAMFAB：法國(guó)初創(chuàng)公司，專注金剛石外延與摻雜，擁有四項(xiàng)專利，計(jì)劃2026年推4英寸金剛石晶圓，獲870萬歐元融資，采用HPHT或MPCVD技術(shù)，與多家國(guó)際企業(yè)合作。
歐盟撥款8100萬歐元：支持Diamond Foundry Europe在西班牙建金剛石代工廠，總投資6.75億歐元，計(jì)劃2025年生產(chǎn)單晶金剛石芯片。
Element SiX：人造金剛石和超材料制造商，提供半導(dǎo)體和電子制造全價(jià)值鏈解決方案，包括CVD金剛石熱管理、切割拋光工具及精密加工工具。
中國(guó)也不遜色：若鉆石半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用，穩(wěn)定高品質(zhì)人造鉆石供應(yīng)將至關(guān)重要。中國(guó)作為人造鉆石重要產(chǎn)地，多家上市公司如力量鉆石、惠豐鉆石等參與其中。中國(guó)金剛石半導(dǎo)體研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化加速，西安交大團(tuán)隊(duì)成功批量化2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石襯底，獲國(guó)家級(jí)榮譽(yù)；北大東莞光電研究院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開發(fā)出大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜制備法，成果發(fā)表于《自然》雜志。
金剛石半導(dǎo)體材料前景顯現(xiàn)，各國(guó)加大技術(shù)研發(fā)投入，全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。美、日、歐、中等國(guó)家和地區(qū)企業(yè)積極研發(fā)，欲占領(lǐng)先機(jī)。金剛石正從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)現(xiàn)實(shí)。
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