近兩年，金剛石逐漸成為了半導(dǎo)體行業(yè)的熱點(diǎn)。

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

目前，業(yè)界對(duì)金剛石的關(guān)注程度越來越高，優(yōu)勢(shì)資源不斷匯集，也加速了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化速度。

金剛石又“長(zhǎng)大”了

8月1日，寧波晶鉆科技股份有限公司研制出產(chǎn)品尺寸60mm×60mm，長(zhǎng)邊尺寸72.29mm CVD大尺寸同質(zhì)外延金剛石襯底。換算成半導(dǎo)體行業(yè)晶圓單位約3.35英寸。這不僅刷新了該企業(yè)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(zhì)，且具有極高的擊穿電場(chǎng)、極高的飽和載流子速度及遷移率、低的介電常數(shù)等優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)。因此CVD金剛石材料目前已在半導(dǎo)體領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。

據(jù)了解，該金剛石片采用的是同質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)。微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）是行業(yè)公認(rèn)的制備大尺寸、高品質(zhì)單晶金剛石的*佳手段之一，目前主要有同質(zhì)外延、異質(zhì)外延兩種技術(shù)路線。相比于異質(zhì)外延生長(zhǎng)，同質(zhì)外延技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其晶體質(zhì)量高，內(nèi)應(yīng)力和位錯(cuò)密度低，同時(shí)能生長(zhǎng)出較大的籽晶原料，從而提高面積增加效率，但技術(shù)也*挑戰(zhàn)性。

晶鉆科技在金剛石“長(zhǎng)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(jīng)10余次技術(shù)迭代，已量產(chǎn)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(wěn)定批量化生產(chǎn)。如今產(chǎn)品再次升級(jí)，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(fā)起沖刺。

新技術(shù)助力金剛石“成長(zhǎng)“加速度

近日，東京理工大學(xué)利用液態(tài)微波等離子體化學(xué)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(yōu)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(dú)特的性質(zhì)�；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)是將雜質(zhì)摻入金剛石晶格中的*有效方法。

通過CVD技術(shù)，P型摻硼金剛石（BDD）已成功實(shí)現(xiàn)，從而在半導(dǎo)體到超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變方面取得了突破。磷摻雜金剛石（PDD）具有優(yōu)異的性能，因此適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，但由于施主能級(jí)較深，N型摻磷金剛石（PDD）面臨低摻磷效率的挑戰(zhàn)。

盡管其潛力巨大，但高成本和低摻磷效率限制了PDD的實(shí)際應(yīng)用，為了充分利用PDD的優(yōu)勢(shì)，必須開發(fā)出能夠在高摻磷濃度下實(shí)現(xiàn)快速生長(zhǎng)的新技術(shù)。這些進(jìn)步將顯著提高PDD的生產(chǎn)效率，并擴(kuò)大其在*技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

近年來，液相微波等離子體CVD（IL-MPCVD）作為一種高增長(zhǎng)率的CVD技術(shù)，受到了廣泛關(guān)注。據(jù)報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)用于金剛石材料沉積的反應(yīng)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(shí)現(xiàn)了多晶PDD的高速合成，生長(zhǎng)速率達(dá)到280 μm/h，這比傳統(tǒng)的CVD方法高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

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(shù)不僅提高了生長(zhǎng)速率，還能更好地控制摻雜過程，這對(duì)于調(diào)整金剛石薄膜的電學(xué)和電化學(xué)性能至關(guān)重要。這為金剛石材料在先進(jìn)電子、高功率設(shè)備和電化學(xué)應(yīng)用中的應(yīng)用開辟了新的可能性。