“終極半導體材料”！金剛石新突破，登上頂級期刊

北京大學研究團隊在金剛石薄膜材料製備和應用領域取得重大突破。

12月19日，北京大學東莞光電研究院發佈最新研究成果，該院與南方科技大學、香港大學組成的聯合研究團隊，在金剛石薄膜材料製備和應用方面取得重要進展，成功開發出能夠批次生產大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的製備方法。

這一發現標誌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。該研究成果於12月18日在國際頂級學術期刊《自然》（Nature）上發表。

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法無法獲得與矽基半導體技術完全相容的大面積、分層形式的金剛石膜，切片法可以產生高品質的單晶金剛石，但該方法不適用於工業應用，因為所獲得膜的尺寸和表面粗糙度受到雷射和聚焦離子束處理的限制。

據介紹，北京大學聯合研究團隊成功開發了切邊後使用膠帶進行剝離金剛石膜的方法，能夠大量製備大面積（2英吋晶圓）、超薄（亞微米厚度）、超平整（表面粗糙度低於納米）、超柔性（可360°彎曲）的金剛石薄膜。製備的高品質薄膜具有平坦的可加工表面，能夠允許進行微納加工操作，超柔性特點使得能夠直接用於彈性應變工程，以及變形感測應用，這是更厚的金剛石薄膜無法實現的。

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頻隙和光學透明度，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，熱係數遠高於傳統散熱材料，有效降低電子裝置的溫度。另外，金剛石還具有優良的機械性能和化學穩定性，保證了裝置的長期穩定運行。

正因為上述優點，採用金剛石襯底可研製高溫、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。

全球各大晶片公司正加大力度投入研究。報導稱，輝達率先開展鑽石散熱GPU實驗，性能是普通晶片的三倍；華為也公佈鑽石散熱專利，例如，12月3日其公佈一項名為“一種半導體器件及其製作方法、積體電路、電子裝置”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准，將向人造金剛石廠商Diamond Foundry提供8100萬歐元的補貼，以支援其在西班牙建造一座金剛石晶圓廠的計畫。該工廠計畫在2025年開始生產單晶金剛石晶片。

據市場調研機構Virtuemarket資料，2023年全球金剛石半導體基材市場價值為1.51億美元，預計到2030年底市場規模將達到3.42億美元，2024年~2030年的預測復合年增長率為12.3%。

中國是人造金剛石大國

中國是人造金剛石主要生產國，現有838家相關企業，2023年人造金剛石產量佔全球總產量95%，且產業鏈具備絕對成本優勢。

據證券時報·資料寶統計，上市公司方面，人造金剛石主要企業有力量鑽石、黃河旋風、惠豐鑽石、國機精工、中兵紅箭、四方達、沃爾德、光莆股份、恆盛能源等。

中兵紅箭表示，公司功能金剛石產品可用於半導體、光學、散熱、量子等領域。

黃河旋風表示，公司在金剛石半導體相關領域技術還處於研發階段。

沃爾德表示，公司重點聚焦金剛石功能性材料在工具級、熱沉級、光學級、電子級等方面的研究。

力量鑽石全資子公司與台灣捷斯奧企業有限公司簽訂半導體高功率金剛石半導體項目，致力於研究半導體散熱功能性金剛石材料。

光莆股份表示，公司投資的化合積電公司的金剛石熱沉片可用於晶片散熱。

恆盛能源表示，子公司樺茂科技將對金剛石在半導體晶圓應用領域保持積極的研發。

行情方面，10月以來，惠豐鑽石曾出現大幅上漲，區間最高漲幅一度超4倍，最新漲幅仍超165%。黃河旋風曾一度連續收穫5個漲停板，10月至今累計漲幅超70%。四方達、沃爾德、國機精工等10月至今漲幅超20%。

(資料寶)