“终极半导体材料”商用再进一步！我国科学家实现量产，达到世界领先水平

我国科学家实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底量产。

据西安交大官网，近日，西安交大王宏兴研究团队采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术，成功实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底的批量化，达到世界领先水平。

　　大尺寸衬底是金刚石半导体商业化难点之一

金刚石作为超宽禁带半导体材料的一员（禁带宽度5.5eV），具有一系列优异的物理和化学性质，如高载流子迁移率、高热导率、高击穿电场、高载流子饱和速率和低介电常数等，这使其在高新科技尖端领域中，特别是电子技术中得到广泛关注，被公认为是最具前景的新型半导体材料，被业界誉为“终极半导体材料”。

金刚石半导体虽然有优点诸多，但由于其极高的硬度，在制造时难度非常大。金刚石半导体广泛商用目前存在几大难题，其中之一便是“缺乏大尺寸金刚石衬底，阻碍了大尺寸金刚石的生长”。通过将小尺寸衬底拼接，虽然可以制备出大尺寸单晶，但在拼接处存在缺陷，影响金刚石膜的质量。扩大CVD金刚石衬底的晶体尺寸以及实现单晶金刚石的高速生长是制备高质量大尺寸半导体金刚石材料的前提条件。

从2008年开始，欧盟投入资金推动化学气相沉积方法（CVD）在氮化镓（GaN）器件背面生长金刚石。随后美国国防部高级研究计划局、海军研究办公室等投入大量资金，但由于价格高昂，使得金刚石衬底的氮化镓器件的应用被限制在国防和航天等领域。

正如西安交大介绍，金刚石电子器件的发展受限于大尺寸、高质量的单晶衬底，硅、蓝宝石等衬底的商业化，为异质外延单晶金刚石提供了前提条件。

据介绍，西安交大王宏兴团队经过长期科研攻关，独立自主开发了系列具有自主知识产权的单晶金刚石微波等离子体化学气相沉积设备，掌握了有关技术，并已全面完成了原理性创新、实验室试验研究和中试实验，可批量化提供1~2英寸的大面积高质量单晶金刚石衬底。

华为金刚石半导体专利曾引爆A股市场

值得注意的是，去年11月，华为与哈工大联合申请的专利《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法》，引发市场关注。专利摘要显示，该发明涉及芯片制造技术领域，实现了以Cu/SiO2混合键合为基础的硅/金刚石三维异质集成。

华为专利曾引爆A股市场，黄河旋风连续两个涨停，四方达、慧丰钻石等概念股大幅上涨。

上市公司中，中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、国机精工等公司目前已有产品应用于半导体产业链。

具体看，中兵红箭旗下全资子公司中南钻石为世界最大的超硬材料厂商，公司在去年12月在投资者互动平台表示，正在研发金刚石半导体衬底材料（芯片晶圆原材料），尚处于实验室阶段，下游半导体应用领域相关的器件技术也处于试验论证阶段。

力量钻石则表示，公司目前部分产品在第三代半导体切、磨、抛加工方面广泛应用，同时也密切关注着金刚石半导体的发展趋势。

而国机精工在金刚石半导体则属于远期规划，其规划第一阶段产品为宝石级大单晶，当前已商业化；第二阶段产品是散热材料、光学窗口片等，该阶段的产品有望在未来2～3年实现商业化；第三阶段半导体材料是远期规划。

上述金刚石公司目前主要业务为超硬材料或培育钻石。2021年，受益于培育钻石涨价，相关概念股股价大幅上涨，黄河旋风在2021年股价直接翻倍，中兵红箭、慧丰钻石等个股均远远跑赢市场涨幅。受去年以来培育钻石价格大幅下跌影响，概念股业绩下滑，股价持续回调。

例如，黄河旋风去年第三季亏损严重，当季营收4.39亿元，同比下降17.61%，而净利亏损1.47亿元，同比下滑达1500.59%。

中兵红箭去年第三季度实现营业收入为10.93亿元，同比下降33.16%；扣非后净利润为7087万元，同比下降59.80%。

文章来源：数据宝