終極半導(dǎo)體材料——金剛石新突破，登上頂級期刊，助力科技高質(zhì)量發(fā)展

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

這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著在金剛石薄膜技術(shù)領(lǐng)域的一大飛躍，為未來金剛石薄膜在電子、光學(xué)等多個領(lǐng)域的應(yīng)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(fā)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(zhì)基底上通過CVD（化學(xué)氣相沉積）生長獲得。但CVD法無法獲得與硅基半導(dǎo)體技術(shù)完全兼容的大面積、分層形式的金剛石膜，切片法可以產(chǎn)生高質(zhì)量的單晶金剛石，但該方法不適用于工業(yè)應(yīng)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(fā)的切邊后使用膠帶進(jìn)行剝離金剛石膜的方法，可以批量生產(chǎn)大面積（2 英寸晶圓）、超?。▉單⒚缀穸龋?、超平（亞納米表面粗糙度）和超柔性（360° 可彎曲）金剛石膜。制備的高質(zhì)量的膜具有平坦的可加工表面，支持標(biāo)準(zhǔn)的微制造技術(shù)，其超柔性特性允許直接進(jìn)行彈性應(yīng)變工程和變形傳感應(yīng)用，而笨重的金剛石膜則無法做到這一點。系統(tǒng)的實驗和理論研究表明，剝離膜的質(zhì)量取決于剝離角度和膜厚度，因此可以在最佳操作窗口內(nèi)穩(wěn)健地生產(chǎn)出基本完整的金剛石膜。

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金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域前景廣闊

金剛石因其卓越的載流子遷移率、導(dǎo)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(xué)透明度，被譽為“終極半導(dǎo)體材料”。

作為第四代半導(dǎo)體核心材料，金剛石半導(dǎo)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(dǎo)熱性能最好的材料之一，熱系數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)散熱材料，有效降低電子設(shè)備的溫度。另外，金剛石還具有優(yōu)良的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，保證了設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。

正因為上述優(yōu)點，采用金剛石襯底可研制高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件，克服器件的“自熱效應(yīng)”和“雪崩擊穿”等技術(shù)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(dá)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(dǎo)體器件及其制作方法、集成電路、電子設(shè)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(chǎn)。西班牙政府近日已獲得歐洲委員會的批準(zhǔn)，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(chǎn)單晶金剛石芯片。

關(guān)于碳方程50200A MPCVD設(shè)備

金剛石薄膜制備技術(shù)的突破，也為相關(guān)設(shè)備的發(fā)展帶來了機(jī)遇。其中，碳方程 50200A MPCVD（微波等離子體化學(xué)氣相沉積）設(shè)備在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢和潛力。

碳方程50200A MPCVD 設(shè)備能夠為金剛石薄膜的生長提供穩(wěn)定且均勻的反應(yīng)環(huán)境。其精準(zhǔn)的溫度和壓力控制系統(tǒng)，確保了在生長過程中各種參數(shù)的精確調(diào)控，這對于制備高質(zhì)量的金剛石薄膜至關(guān)重要。該設(shè)備采用915MHZ的微波頻率，單爐可生產(chǎn)8英寸多晶產(chǎn)品，若用于生產(chǎn)單晶金剛石，單爐能夠穩(wěn)定產(chǎn)出多達(dá) 489 片尺寸為 7*7mm 的單晶金剛石。設(shè)備運行功率方面，采用50KW大功率裝置，達(dá)到大尺寸金剛石的量產(chǎn)條件。

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隨著金剛石薄膜技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，碳方程50200A MPCVD設(shè)備有望在未來的半導(dǎo)體、光學(xué)、電子等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為金剛石產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供強有力的保障。

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