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)勢引領半導體革新。若此二者為“明日之星”，金剛石半導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，性價比高受市場熱捧?，F(xiàn)今，金剛石加速進軍半導體界，全球布局與技術突破正構(gòu)建其產(chǎn)業(yè)鏈。
終極功率半導體材料：金剛石
高溫下硅器件效率受限，推動SiC、GaN等材料應用。通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量激增，急需高性能半導體。金剛石以其高帶隙、強介電擊穿能力、高遷移率、低功耗及耐高溫輻射特性，被譽為“終極功率半導體”，性能遠超硅。金剛石半導體在通信衛(wèi)星等領域潛力大，可替代真空管，提升信號放大效率，適應惡劣環(huán)境。同時，對核電模擬設備及量子計算也至關重要。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)，仍有眾多機構(gòu)積極研究并取得進展，為金剛石半導體工業(yè)化鋪路。
日本走在前列:日本在金剛石半導體材料研究領先，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；佐賀大學開發(fā)出金剛石半導體電路；早稻田大學制成高性能金剛石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體生產(chǎn)。拋光技術也在進步，吸引車企關注投資。
美國的步伐加快:美國近年來涌現(xiàn)金剛石半導體初創(chuàng)公司，利用學術研發(fā)推動商業(yè)化。Diamond Foundry創(chuàng)制世界首個100毫米單晶鉆石晶圓，計劃用于芯片散熱及半導體基底。Diamond Quanta在摻雜技術上取得突破，創(chuàng)始人Adam Khan為鉆石半導體技術先驅(qū)，其統(tǒng)一鉆石框架技術有望應用于高性能GPU和邏輯芯片，當前聚焦功率半導體。Advent Diamond開發(fā)金剛石二極管，獲美國國家科學基金會資助，產(chǎn)品滿足高頻高功率需求。伊利諾伊大學獲ARPA-E資助，開發(fā)金剛石光控半導體開關器件。美兩所大學發(fā)現(xiàn)摻硼鉆石新特性，或推動生物醫(yī)學、量子光學設備發(fā)展。
歐洲注重金剛石制造:
DIAMFAB：法國初創(chuàng)公司，專注金剛石外延與摻雜，擁有四項專利，計劃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，與多家國際企業(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，提供半導體和電子制造全價值鏈解決方案，包括CVD金剛石熱管理、切割拋光工具及精密加工工具。
中國也不遜色：若鉆石半導體廣泛應用，穩(wěn)定高品質(zhì)人造鉆石供應將至關重要。中國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。中國金剛石半導體研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化加速，西安交大團隊成功批量化2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石襯底，獲國家級榮譽；北大東莞光電研究院聯(lián)合團隊開發(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。
金剛石半導體材料前景顯現(xiàn)，各國加大技術研發(fā)投入，全球市場競爭激烈。美、日、歐、中等國家和地區(qū)企業(yè)積極研發(fā)，欲占領先機。金剛石正從實驗室走向工業(yè)現(xiàn)實。
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