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，關于金剛石研發(fā)進展的消息陸續(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關鍵環(huán)節(jié)，顯示金剛石作為新一代寬禁帶半導體材料的現(xiàn)實應用已經(jīng)迎來曙光。

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CVD技術可以精確監(jiān)控金剛石的生長條件，以獲得氮濃度只有百萬分之幾百的高結晶質(zhì)量金剛石，并且通過調(diào)整生長過程的化學反應可更好地控制摻雜劑的摻入。

目前，CVD生長大尺寸金剛石主要發(fā)展出3種主要技術：單顆生長技術、拼接生長技術以及異質(zhì)外延技術。

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福布斯雜志(哥倫比亞版)于7月7日發(fā)表了一篇西班牙語文章，其中描繪了美國培育鉆石生產(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)代表了半導體等多個領域的未來”。另一張圖則顯示羅斯切森在其位于舊金山南部的實驗室里展示了一塊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“量子計算時代的預演”。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)的成長速度是有目共睹的。目前該公司的毛坯年產(chǎn)量為500萬克拉左右，2025年其位于西班牙的太陽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)，預計屆時該公司產(chǎn)量會超過2000萬克拉——這個數(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研究團隊使用“克隆”拼接生長技術獲得了無明顯拼接縫的英寸級大面積金剛石襯底。2014年，該團隊將拼接金剛石的面積擴大到2英寸(40 mm×60 mm)，這是目前拼接生長獲得的最大面積的金剛石。

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國內(nèi)高校及科研院所在拼接生長領域發(fā)展相對較晚，2017年，哈爾濱工業(yè)大學研究團隊率先報道了采用拼接法生長金剛石，并使用共聚焦拉曼光譜檢測拼接縫處的應力與缺陷。2020年，山東大學研究團隊通過拼接生長制備出了11.75 mm×11.75 mm的單晶金剛石。

在國家政策的強勁鼓勵下，重慶啟晶科技發(fā)展有限公司持續(xù)兩年刻苦攻關、不懈努力，不斷革新技術與改進工藝，最終采用其自主研發(fā)的大功率、915MHZ化學氣相沉積設備，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，標志著我國在大尺寸金剛石襯底的研發(fā)征程中取得突破性進展，該研發(fā)成果也將填補國內(nèi)4英寸級金剛石晶圓片批量化生產(chǎn)的空白。 在日、美、歐等國家紛紛投入巨資成立相關產(chǎn)學研機構推進金剛石材料及其電子器件的研發(fā)與應用的大背景下，我國自主研發(fā)的4英寸級金剛石晶圓片可極大推進我國半導體產(chǎn)業(yè)變革，進一步加速我國半導體行業(yè)在國際競爭中實現(xiàn)“彎道超車”。

審核編輯：劉清