金剛石：半導體領域再“邁”一步

近兩年，金剛石逐漸成為了半導體行業的熱點。

金剛石作為寬禁帶甚至超寬帶隙半導體材料的一員（禁帶寬度5.5 eV），具有優異的物理和化學性質，如高載流子遷移率、高熱導率、高擊穿電場、高載流子飽和速率和低介電常數等。作為集優異的電學、光學、力學、熱學和化學等特性于一身的超寬禁帶半導體，金剛石被譽為“*半導體材料”、“*室溫量子材料”。

目前，業界對金剛石的關注程度越來越高，優勢資源不斷匯集，也加速了研發和產業化速度。

金剛石又“長大”了

8月1日，寧波晶鉆科技股份有限公司研制出產品尺寸60mm×60mm，長邊尺寸72.29mm CVD大尺寸同質外延金剛石襯底。換算成半導體行業晶圓單位約3.35英寸。這不僅刷新了該企業的記錄，而且也是目前已知全球尺寸*大的一顆人造單晶金剛石。

CVD金剛石與天然金剛石相比更加地干凈，幾乎沒有任何雜質，且具有極高的擊穿電場、極高的飽和載流子速度及遷移率、低的介電常數等優異的電學性質。因此CVD金剛石材料目前已在半導體領域中獨占鰲頭。

據了解，該金剛石片采用的是同質外延生長技術。微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）是行業公認的制備大尺寸、高品質單晶金剛石的*佳手段之一，目前主要有同質外延、異質外延兩種技術路線。相比于異質外延生長，同質外延技術的優勢在于其晶體質量高，內應力和位錯密度低，同時能生長出較大的籽晶原料，從而提高面積增加效率，但技術也*挑戰性。

晶鉆科技在金剛石“長大”這件事上一直在突破，自2014年制備出*顆CVD單晶金剛石以來，歷經10余次技術迭代，已量產2英寸CVD單晶金剛石。2023年底，成功制備出3英寸CVD單晶金剛石，目前也已穩定批量化生產。如今產品再次升級，尺寸突破3.35英寸，并正在向4英寸以上單晶金剛石制備發起沖刺。

新技術助力金剛石“成長“加速度

近日，東京理工大學利用液態微波等離子體化學氣相沉積法（IL-MPCVD）在高壓低功率條件下也可以制備出金剛石材料。

金剛石是一種具有優異性能的極限性超硬多功能材料，人工合成的金剛石可通過摻雜的方式使其具有各種獨特的性質。化學氣相沉積（CVD）技術是將雜質摻入金剛石晶格中的*有效方法。

通過CVD技術，P型摻硼金剛石（BDD）已成功實現，從而在半導體到超導體的轉變方面取得了突破。磷摻雜金剛石（PDD）具有優異的性能，因此適用于廣泛的應用領域，但由于施主能級較深，N型摻磷金剛石（PDD）面臨低摻磷效率的挑戰。

盡管其潛力巨大，但高成本和低摻磷效率限制了PDD的實際應用，為了充分利用PDD的優勢，必須開發出能夠在高摻磷濃度下實現快速生長的新技術。這些進步將顯著提高PDD的生產效率，并擴大其在*技術領域的應用范圍。

近年來，液相微波等離子體CVD（IL-MPCVD）作為一種高增長率的CVD技術，受到了廣泛關注。據報道，該團隊用于金剛石材料沉積的反應混合物由甲醇（MeOH）和乙醇（EtOH）與三乙基磷酸酯（(C2H5)3PO4）組成，其中磷碳比為1000 ppm。他們利用IL-MPCVD在高壓（60 kPa）和低功率（440 W）條件下實現了多晶PDD的高速合成，生長速率達到280 μm/h，這比傳統的CVD方法高出兩個數量級。

該研究成果表明，L-MPCVD在高效合成金剛石方面具有巨大的潛力。該技術不僅提高了生長速率，還能更好地控制摻雜過程，這對于調整金剛石薄膜的電學和電化學性能至關重要。這為金剛石材料在先進電子、高功率設備和電化學應用中的應用開辟了新的可能性。