終極半導體材料——金剛石新突破，登上頂級期刊，助力科技高質量發展

作者：碳方程新材料（山西）有限公司
類別：行業新聞
更新時間：2024-12-27 15:05:10
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近日，香港大學褚智勤教授、Yuan Lin教授、北京大學東莞光電研究所Qi Wang教授和南方科技大學李攜曦教授在金剛石薄膜材料制備和應用方面取得重要進展，成功開發出能夠批量生產大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的制備方法。

這一發現標志著在金剛石薄膜技術領域的一大飛躍，為未來金剛石薄膜在電子、光學等多個領域的應用提供了新的可能性。研究成果以“Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membrane”為題發表于《Nature》。

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目前，超薄金剛石主要通過切片大塊金剛石或在異質基底上通過CVD（化學氣相沉積）生長獲得。但CVD法無法獲得與硅基半導體技術完全兼容的大面積、分層形式的金剛石膜，切片法可以產生高質量的單晶金剛石，但該方法不適用于工業應用，因為所獲得膜的尺寸和表面粗糙度受到激光和聚焦離子束處理的限制。

此次研發的切邊后使用膠帶進行剝離金剛石膜的方法，可以批量生產大面積（2 英寸晶圓）、超?。▉單⒚缀穸龋⒊剑▉喖{米表面粗糙度）和超柔性（360° 可彎曲）金剛石膜。制備的高質量的膜具有平坦的可加工表面，支持標準的微制造技術，其超柔性特性允許直接進行彈性應變工程和變形傳感應用，而笨重的金剛石膜則無法做到這一點。系統的實驗和理論研究表明，剝離膜的質量取決于剝離角度和膜厚度，因此可以在最佳操作窗口內穩健地生產出基本完整的金剛石膜。

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金剛石在半導體領域前景廣闊

金剛石因其卓越的載流子遷移率、導熱性、介電擊穿強度以及從紅外到深紫外的超寬帶隙和光學透明度，被譽為“終極半導體材料”。

作為第四代半導體核心材料，金剛石半導體具有超寬禁帶、高擊穿場強、高載流子飽和漂移速度等材料特性。金剛石還是自然界中導熱性能最好的材料之一，熱系數遠高于傳統散熱材料，有效降低電子設備的溫度。另外，金剛石還具有優良的機械性能和化學穩定性，保證了設備的長期穩定運行。

正因為上述優點，采用金剛石襯底可研制高溫、高頻、大功率半導體器件，克服器件的“自熱效應”和“雪崩擊穿”等技術瓶頸。

全球各大芯片公司正加大力度投入研究。報道稱，英偉達率先開展鉆石散熱GPU實驗，性能是普通芯片的三倍；華為也公布鉆石散熱專利，例如，12月3日其公布一項名為“一種半導體器件及其制作方法、集成電路、電子設備”的專利，其中涉及到金剛石散熱。

此外，全球首座金剛石晶圓廠明年或量產。西班牙政府近日已獲得歐洲委員會的批準，將向人造金剛石廠商Diamond Foundry提供8100萬歐元的補貼，以支持其在西班牙建造一座金剛石晶圓廠的計劃。該工廠計劃在2025年開始生產單晶金剛石芯片。

關于碳方程50200A MPCVD設備

金剛石薄膜制備技術的突破，也為相關設備的發展帶來了機遇。其中，碳方程 50200A MPCVD（微波等離子體化學氣相沉積）設備在這一領域展現出極大的優勢和潛力。

碳方程50200A MPCVD 設備能夠為金剛石薄膜的生長提供穩定且均勻的反應環境。其精準的溫度和壓力控制系統，確保了在生長過程中各種參數的精確調控，這對于制備高質量的金剛石薄膜至關重要。該設備采用915MHZ的微波頻率，單爐可生產8英寸多晶產品，若用于生產單晶金剛石，單爐能夠穩定產出多達 489 片尺寸為 7*7mm 的單晶金剛石。設備運行功率方面，采用50KW大功率裝置，達到大尺寸金剛石的量產條件。

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