在當今時代，半導體產業正處於一個轉型的關鍵時期，以矽為主導的半導體領域面臨著高功率密度、高頻、高溫、高輻射等條件瓶頸；第三代半導體順勢而起，以GaN和SiC為代表的新材料的發展推動著功率元件不斷向高功率、小型化、整合化和多功能方向前進，但散熱、能效等關鍵特性依舊是業界矢志不渝的追求方向。 在追求極致性能與效率的時代，一場由金剛石引領的晶片革命正悄悄興起。 金剛石，指的就是還未經打磨的鑽石原石。那麼，作為一種闖入了大家視線中的新半導體材料，「鑽石」晶片究竟有何魅力？無限可能背後，進展與挑戰並存。 「鑽石」晶片，魅力何在？

這兩年，鑽石逐漸成為了半導體產業的熱點。 為了實現去碳化目標，在過去幾年時間中，業界正在不斷追求更高效、更強大的半導體，氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）等半導體材料的出現與發展，讓產業突破了矽的限制，開發出更有效率、更永續的技術，如今這些材料在再生能源系統、電動車和其他減少碳排放的技術中發揮關鍵作用。 而在氮化鎵和碳化矽之後，鑽石也就是鑽石，作為一種新半導體材料闖入了大家的視線當中，並引發了研究人員和行業專家的關注。 鑽石以其無與倫比的硬度和亮度而聞名，半個多世紀以來，珠寶首飾是它最廣泛也是最有價值的用途，如今它又因自己的特性，在半導體材料中開闢了一番廣闊的前景。

鑽石（diamond，也譯作鑽石）在所有用於下一代電子設備的已知半導體中擁有最高的品質因數（figure-of-merits ），表現遠遠超出了傳統半導體矽的性能。為了實現鑽石積體電路，我們需要開發具有n 通道和p 通道導電性的鑽石互補金屬氧化物半導體(CMOS) 元件，就像為半導體矽建立的元件一樣。 然而，由於n 型通道MOS 場效電晶體(MOSFET) 的挑戰，鑽石CMOS 從未實現。在這裡，我們基於step-flow nucleation 模式製造了具有原子級平坦表面的電子級磷摻雜（phosphorus-doped）n型鑽石外延層。因此，展示了n 通道鑽石MOSFET。 n型鑽石MOSFET在573 K時表現出約150 cm 2 V -1 s -1的高場效應遷移率，這是所有基於寬帶隙半導體的n溝道MOSFET中最高的。 這項工作有助於開發節能且高可靠性的CMOS 積體電路，用於惡劣環境下的高功率電子元件、整合式自旋電子學和極端感測器。 簡介

在不遠的將來，「人手一顆鑽石」可能不再是遙不可及的夢想。不過，這顆鑽石不是裝飾品，而是作為每個電子設備心臟——晶片——的零件。2023年，一家名為Diamond Foundry（簡稱DF）的公司創造了世界上首個單晶鑽石晶圓（Diamond Wafer），開啟了一場可能顛覆整個半導體產業的技術革命。按照該公司的規劃，在2023年後，他們計劃在每個晶片後安裝一顆單晶鑽石用於散熱，到2033年以後，推動鑽石材料在半導體行業的應用，如用於製造晶體管或其他半導體元件的基底材料。 鑽石，成為半導體終極材料 自1959年矽晶片誕生以來，半導體產業不斷突破與創新。從矽發展到現在大火大熱的碳化矽（SiC）/氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導體材料，再到對氧化鎵的探索，產業界始終在探索具有更優導熱和電絕緣性能的新材料，以應對不斷升級的技術要求。而鑽石晶圓，就目前已經探到的材料而言，可以說是終極的半導體材料了。 眾多周知，整個半導體產業遵循著摩爾定律已經來到了3奈米，蘋果的3奈米晶片已經伴隨iPhone15 Pro和Pro max悄悄到了消費者手中。隨著我們正在朝向2奈米、1奈米甚至是艾米（Angstrom，1埃=十億分之一公尺）等級邁進。依靠現在的矽基材料顯然是有很大難度的，物理極限的問題不斷顯現，熱挑戰也困擾著產業。與現今現有的材料相比，鑽石展現了其多項超群的特性。