华南电子展|金刚石芯片技术：加速发展的未来半导体革命

当今时代，半导体行业正处于一个转型的关键时期，以硅为主导的半导体领域面临着高功率密度、高频、高温、高辐射等条件瓶颈；第三代半导体顺势而起，以GaN和SiC为代表的新材料的发展推动着功率器件不断向大功率、小型化、集成化和多功能方向前进，但散热、能效等关键特性依旧是业界矢志不渝的追求方向。在追求极致性能与效率的时代，一场由金刚石引领的芯片革命正悄然兴起。金刚石，指的就是还未经打磨的钻石原石。那么，作为一种闯入了大家视线中的新半导体材料，“钻石”芯片究竟有何魅力？无限可能背后，进展与挑战并存。

被誉为“自然界坚硬物质”的金刚石，不仅硬度惊人，还拥有卓越的导热性能、极高的电子迁移率，拥有耐高压、大射频、低成本、耐高温等多重优异性能参数，以及其他优异的物理特性。华南电子展了解到，金刚石半导体具有超宽禁带(5.45eV)、高击穿场强(10MV/cm)、高载流子饱和漂移速度、高热导率(2000W/m·k)等材料特性，以及优异的器件品质因子(Johnson、Keyes、Baliga)，采用金刚石衬底可研制高温、高频、大功率、抗辐照电子器件，克服器件的“自热效应”和“雪崩击穿”等技术瓶颈。

此外，金刚石拥有优异的物理特性，在光学领域具有良好透光性和折射率，适用于光电器件的研发；电学方面，其绝缘性能和介电常数使其在复杂电路中发挥稳定作用；机械性能方面，高强度和耐磨性确保芯片能够承受极端工作条件。这些特性使得金刚石在芯片制造领域展现出巨大潜力，常被用于高功率密度、高频率电子器件的散热。在5G/6G通信，微波/毫米波集成电路、探测与传感等领域发展起到重要作用。华南电子展了解到，金刚石半导体被认为是极具前景的新型半导体材料，被业界誉为“终极半导体材料”。通过使用金刚石电子器件，不仅可以减轻传统半导体的热管理需求，而且这些设备的能源效率更高，并且可以承受更高的击穿电压和恶劣的环境。

例如，在电动汽车中，基于金刚石的功率电子器件可以实现更高效的功率转换、延长电池寿命以及缩短充电时间；在电信领域，尤其是在5G及更高级别网络的部署中，对高频和高功率器件的需求日益增长。华南电子展了解到，单晶金刚石基板提供了必要的热管理和频率性能，支持下一代通信系统，包括射频开关、放大器和发射器；消费电子领域，单晶金刚石基板可以推动更小、更快、更高效的智能手机、笔记本电脑和可穿戴设备组件的开发，从而带来新的产品创新并提高消费电子市场的整体性能。据市场调研机构Virtuemarket数据指出，2023年全球金刚石半导体基材市场价值为1.51亿美元，预计到2030年底市场规模将达到3.42亿美元。在2024-2030年的预测复合年增长率为12.3%。特性优势和广阔前景驱动下，金刚石在半导体产业链上的多个环节已经展现出巨大的潜力和价值。从热沉、封装到微纳加工，再到BDD电极及量子科技应用，金刚石正逐步渗透到半导体行业的各个关键领域，推动技术创新与产业升级。

全球范围内，对金刚石半导体的研发和产业化工作正在如火如荼地进行。从Element Six赢得UWBGS项目，到华为积极布局金刚石半导体技术；从Diamond Foundry培育出全球第一个单晶金刚石晶圆，到Advent Diamond在金刚石掺磷技术上的突破；再到法国Diamfab计划在2025年实现4英寸金刚石晶圆的量产，以及日本、美国、韩国等国家的全面发力，金刚石半导体的产业化进程正以前所未有的速度向前推进。这些企业和研究机构的努力，不仅推动了金刚石半导体技术的不断成熟，还促进了相关产业链的完善。从原材料供应、晶圆制备、器件设计到封装测试，金刚石半导体产业链正在逐步形成，为未来的大规模应用奠定了坚实的基础。

文章来源：磨料磨具