金剛石、氧化鎵、氮化鋁等具有更寬的禁帶寬度，被稱為超寬禁帶半導(dǎo)體，未來有可能用來制造具有更低電阻、更高工作功率、更高耐溫能力的功率器件，因此研發(fā)熱度一直不減。

近來，關(guān)于金剛石研發(fā)進(jìn)展的消息陸續(xù)傳出，涉及大尺寸金剛石晶圓制備、金剛石材料的N型摻雜以及金剛石器件研究等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，顯示金剛石作為新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用已經(jīng)迎來曙光。

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CVD技術(shù)可以精確監(jiān)控金剛石的生長(zhǎng)條件，以獲得氮濃度只有百萬(wàn)分之幾百的高結(jié)晶質(zhì)量金剛石，并且通過調(diào)整生長(zhǎng)過程的化學(xué)反應(yīng)可更好地控制摻雜劑的摻入。

目前，CVD生長(zhǎng)大尺寸金剛石主要發(fā)展出3種主要技術(shù)：?jiǎn)晤w生長(zhǎng)技術(shù)、拼接生長(zhǎng)技術(shù)以及異質(zhì)外延技術(shù)。

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福布斯雜志(哥倫比亞版)于7月7日發(fā)表了一篇西班牙語(yǔ)文章，其中描繪了美國(guó)培育鉆石生產(chǎn)企業(yè)Diamond Foundry及其創(chuàng)始人馬丁·羅斯切森(Martin Roscheisen)的相關(guān)情況，文中有兩張插圖十分醒目。

其中一張圖顯示羅斯切森手持鉆石毛坯，表示“(大尺寸晶圓)代表了半導(dǎo)體等多個(gè)領(lǐng)域的未來”。另一張圖則顯示羅斯切森在其位于舊金山南部的實(shí)驗(yàn)室里展示了一塊4英寸單晶金剛石晶圓。它切磨自一顆423克拉的培育鉆石毛坯。羅斯切特將其視作“量子計(jì)算時(shí)代的預(yù)演”。在這張圖的注釋中，福布斯引用了羅斯切森的“承諾”：未來兩年內(nèi)將生產(chǎn)8英寸的單晶金剛石晶圓。

Diamond Foundry在培育鉆石/人造金剛石行業(yè)的成長(zhǎng)速度是有目共睹的。目前該公司的毛坯年產(chǎn)量為500萬(wàn)克拉左右，2025年其位于西班牙的太陽(yáng)能培育鉆石新廠將投產(chǎn)(注：該廠的投資額為8.5億美元左右)，預(yù)計(jì)屆時(shí)該公司產(chǎn)量會(huì)超過2000萬(wàn)克拉——這個(gè)數(shù)字大約為戴比爾斯2022年天然鉆石毛坯產(chǎn)量的60%。

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2010年，日本AIST的YAMADA研究團(tuán)隊(duì)使用“克隆”拼接生長(zhǎng)技術(shù)獲得了無明顯拼接縫的英寸級(jí)大面積金剛石襯底。2014年，該團(tuán)隊(duì)將拼接金剛石的面積擴(kuò)大到2英寸(40 mm×60 mm)，這是目前拼接生長(zhǎng)獲得的最大面積的金剛石。

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國(guó)內(nèi)高校及科研院所在拼接生長(zhǎng)領(lǐng)域發(fā)展相對(duì)較晚，2017年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)率先報(bào)道了采用拼接法生長(zhǎng)金剛石，并使用共聚焦拉曼光譜檢測(cè)拼接縫處的應(yīng)力與缺陷。2020年，山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過拼接生長(zhǎng)制備出了11.75 mm×11.75 mm的單晶金剛石。

在國(guó)家政策的強(qiáng)勁鼓勵(lì)下，重慶啟晶科技發(fā)展有限公司持續(xù)兩年刻苦攻關(guān)、不懈努力，不斷革新技術(shù)與改進(jìn)工藝，最終采用其自主研發(fā)的大功率、915MHZ化學(xué)氣相沉積設(shè)備，成功研制出第一批直徑4英寸(大于10厘米)、厚度約為300微米的金剛石晶圓片。

該成果的成功研制，標(biāo)志著我國(guó)在大尺寸金剛石襯底的研發(fā)征程中取得突破性進(jìn)展，該研發(fā)成果也將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)4英寸級(jí)金剛石晶圓片批量化生產(chǎn)的空白。 在日、美、歐等國(guó)家紛紛投入巨資成立相關(guān)產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)推進(jìn)金剛石材料及其電子器件的研發(fā)與應(yīng)用的大背景下，我國(guó)自主研發(fā)的4英寸級(jí)金剛石晶圓片可極大推進(jìn)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)變革，進(jìn)一步加速我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。

審核編輯：劉清