金刚石半导体
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金刚石半导体,产业化还有多远?
36氪· 2025-10-20 19:34
政策与行业背景 - 中国商务部与海关总署于2025年10月9日联合发布公告,对包括金刚石在内的部分物项实施出口管制[1] - 美国商务部工业和安全局(BIS)早在2022年就对氧化镓、金刚石等超宽禁带半导体材料实施出口管制[1] 金刚石半导体材料特性 - 金刚石属于第四代半导体材料中的超宽禁带半导体,禁带宽度超过4 eV,具体为5.5eV,是硅的5倍[2] - 金刚石热导率高达2000 W/m·K,是硅的13倍,击穿场强为10×10^6 Vcm^-1,是硅的33倍,电子迁移率为2200 cm²/V·s[3] - 材料具有超宽禁带、超高热导、超强耐压三重特性,适用于高功率、高频、极端环境应用[3] 应用场景与性能优势 - 在新能源汽车800V高压平台中,可解决传统硅基IGBT的耐压与散热短板,提高整车性能与安全性[4] - 在高频通信领域,高载流子迁移率使其成为雷达系统、卫星通信的理想载体,金刚石基氮化镓异质结器件可实现结温降低50%、功率密度提升3倍[4] - 在量子计算中,金刚石色心(如NV中心)可作为量子比特,具有高操控精度且能在室温下操作,降低系统复杂性和成本[4] 日本技术进展与产业动态 - 日本佐贺大学于2023年开发出世界上第一个由金刚石半导体制成的功率器件,与JAXA合作专注于太空通信高频元件[6] - 日本公司Orbray已开发出2英寸金刚石晶圆量产技术,并正朝4英寸基板目标迈进,计划2029年首次公开募股[6] - 日本初创公司Power Diamond Systems于2023年成功开发提高金刚石功率器件载流能力的技术[6] - 日本企业如JTEC、EDP、住友电工等在金刚石生产、抛光技术和材料供应方面有深厚积累[7] 中国技术研发与产业化进展 - 西安交大王宏兴教授团队于2024年1月独立自主开发出2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底并实现批量化[8] - 北京大学东莞光电研究院等团队在2024年12月成功开发出能批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的方法[8] - 吉林大学等团队在2025年2月宣布首次成功合成高质量六方金刚石块材,硬度达155GPa,比立方金刚石高40%,热稳定性突破1100℃[8] - 华为与哈尔滨工业大学在2024年联合申请了硅和金刚石三维集成芯片的混合键合方法专利,与厦门大学合作使芯片最高结温降低高达24.1℃[9] 中国相关企业布局 - 上市公司力量钻石与台湾企业签订半导体高功率金刚石半导体项目,研究半导体散热功能性金刚石材料[12] - 中兵红箭表示其功能金刚石产品可用于半导体、光学、散热、量子等领域,黄河旋风相关技术处于研发阶段[10] - 天岳先进通过MPCVD方法开展单晶金刚石生长研究,斯瑞新材布局铜金刚石材料,致尚科技的抛光设备可应用于金刚石[12] 产业化挑战 - 材料生长方面,金刚石单晶衬底尺寸远小于8英寸,限制芯片集成度与产量,推高成本[13] - 制备技术方面,化学气相沉积法生长速率仅为每小时几微米到几十微米,高温高压法易引入杂质与缺陷[13] - 掺杂技术面临困境,p型掺杂硼原子电离能高达0.37eV,n型掺杂磷原子会造成晶格严重畸变,迁移率急剧下降[13][14] - 器件制造中,传统半导体工艺与金刚石兼容性差,光刻和蚀刻环节存在挑战,超硬特性也给加工带来困难[14]
限时优惠· 最后2天丨2025未来半导体产业创新大会,5月22-24日,苏州见!
材料汇· 2025-05-07 22:51
大会概况 - 在人工智能、量子计算与新能源革命浪潮下,半导体产业面临性能迭代与材料创新的双重挑战,金刚石凭借超宽禁带、高热导率及高电子迁移率等特性,被视为突破传统硅基材料性能极限的关键候选 [5] - 当前金刚石半导体产业发展面临多重瓶颈:大尺寸晶圆制备技术未完全成熟,批量化制备成本居高不下;衬底抛磨、低温键合等关键工艺与现有产线兼容性不足;散热片产业化应用场景需进一步拓展 [6] - 金刚石的战略价值体现在与第三代半导体(碳化硅、氮化镓)及第四代半导体(氧化镓)的协同创新潜力,可解决高功率器件自热效应问题,为AI芯片三维堆叠提供散热解决方案,并提升高频器件可靠性 [6] - 本届大会聚焦氮化镓、碳化硅、金刚石、氧化镓等新一代半导体材料,重点探讨生长、异质集成、封装、晶圆平坦化工艺及高功率器件散热解决方案,旨在推动金刚石与其他半导体技术的深度融合 [6] 大会信息 - 大会名称:2025未来半导体产业创新大会,主题为"跨界・探索'金刚石+化合物'半导体产业化关键技术及创新应用" [8] - 时间地点:2025年5月22-24日于江苏苏州吴中希尔顿逸林酒店 [8] - 主办单位:西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室、Flink启明产链;协办单位包括国家第三代半导体创新中心(苏州) [8] - 大会主席:赵正平(中国电子科技集团有限公司研究员)、王宏兴(西安交通大学教授) [8] 活动亮点 - 构建"金刚石+化合物"产业生态:汇聚终端用户需求,面向新能源、人工智能、量子计算等产业生态 [9] - 探索创新应用:筛选可落地项目,展示前沿成果,设置产业与科研技术成果展示区 [9] - 布局行业未来:搭建国际化合作交流平台,提供专家一对一问诊服务,解决企业技术问题 [9] 日程安排 - 5月22日:大会报到及"未来半导体"战略会 [10] - 5月23日:开幕式及主题一"金刚石+化合物未来半导体生态布局",涵盖金刚石大单晶应用、半导体进展、碳化硅/金刚石激光切片技术等12场专题报告 [11][12] - 5月24日:主题二"未来半导体创新研究及产业化关键技术突破",包括金刚石高压合成、光电器件、热管理技术等10场专题报告 [13][14] 参考话题 - 主题一聚焦金刚石与化合物半导体的协同创新,涉及AI赋能制造、5G/6G通信散热需求、异质集成技术等12个细分方向 [14][15] - 主题二探讨金刚石产业化关键技术,包括2-4英寸晶圆应用、低成本制备、外延技术、器件设计等9个领域 [17] - 主题三围绕高功率器件热管理,分析金刚石复合材料导热性能、芯片级散热方案、新能源汽车电驱系统应用等10项内容 [16][17] 参会注册 - 会议费:普通代表2800元/人,学生代表1500元/人;团体参会(3人及以上)享9折优惠 [20] - 展位赞助20,000元/个,报告赞助25,000元/场,费用包含午餐、晚宴及大会资料 [20] - 协议酒店:吴中希尔顿逸林酒店500元/晚,希尔顿花园酒店360元/晚 [18]