在高溫高熱條件下硅器件效率趨近極限，SiC 和 GaN 被探索出來(lái)，但其仍無(wú)法滿(mǎn)足通信系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體性能的需求。金剛石因優(yōu)異物理特性被稱(chēng)為 “終極半導(dǎo)體材料”，如帶隙大、遷移率高、高溫高輻射下穩(wěn)定等，特別適合用于功率半導(dǎo)體。

其潛在應(yīng)用領(lǐng)域包括通信衛(wèi)星，可解決早期真空管的不足，實(shí)現(xiàn)高效信號(hào)放大和穩(wěn)定運(yùn)行；在核電領(lǐng)域，對(duì)制造惡劣環(huán)境下運(yùn)行的模擬設(shè)備至關(guān)重要；還有量子計(jì)算領(lǐng)域等。不過(guò)，金剛石生產(chǎn)極具挑戰(zhàn)，硬度大難研磨加工、形成大襯底困難且成本高阻礙商業(yè)化。即便如此，眾多公司、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)投身研究，部分公司已取得不錯(cuò)進(jìn)展，為其工業(yè)化鋪路。

在金剛石半導(dǎo)體材料的研究領(lǐng)域，日本處于世界領(lǐng)先地位，其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展相當(dāng)完善。Orbray 公司已成功實(shí)現(xiàn) 2 英寸金剛石晶圓的量產(chǎn)，目前正全力投入 4 英寸金剛石晶圓的研發(fā)工作。佐賀大學(xué)則在技術(shù)創(chuàng)新方面取得突破，成功開(kāi)發(fā)出金剛石半導(dǎo)體電路。早稻田大學(xué)也成果斐然，制成了高性能金剛石 P 型 MOSFET。同時(shí)，日本的創(chuàng)業(yè)市場(chǎng)也十分活躍，多家初創(chuàng)企業(yè)如 Power Diamond、Ookuma Diamond Device 等，專(zhuān)注于金剛石半導(dǎo)體的生產(chǎn)，不斷為行業(yè)注入新的活力。在相關(guān)技術(shù)的發(fā)展上，拋光技術(shù)也取得了顯著的進(jìn)步。這些成果吸引了眾多車(chē)企的關(guān)注，紛紛對(duì)其進(jìn)行投資，助力金剛石半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

美國(guó)近幾年來(lái)陸續(xù)誕生了一些金剛石半導(dǎo)體初創(chuàng)公司，這些公司大多利用多年的學(xué)術(shù)研發(fā)專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)推動(dòng)半導(dǎo)體金剛石器件的商業(yè)化。

2023年10月2日，一家名為Diamond Foundry（簡(jiǎn)稱(chēng)DF）的公司創(chuàng)造出了世界上首個(gè)單晶鉆石晶圓，直徑100毫米、重110克拉，用于制造晶體管或其他半導(dǎo)體元件的基底材料。

2024 年 6 月 6 日，Diamond Quanta 宣布在專(zhuān)有新型金剛石半導(dǎo)體制造和摻雜技術(shù)上取得重大突破，創(chuàng)始人 Adam Khan 是鉆石半導(dǎo)體技術(shù)先驅(qū)，其統(tǒng)一鉆石框架技術(shù)未來(lái)有望用于高性能 GPU 和邏輯芯片，目前聚焦功率半導(dǎo)體；Advent Diamond 作為亞利桑那州立大學(xué)科技型初創(chuàng)公司，是美國(guó)唯一能用多種類(lèi)型金剛石生產(chǎn)電子元件的公司，在磷、硼摻雜金剛石生長(zhǎng)上取得進(jìn)展，科研方面。

2024 年 1 月伊利諾伊大學(xué)獲 ARPA - E 資助開(kāi)發(fā)金剛石光控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件；2025 年初，凱斯西儲(chǔ)大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)香檳分校發(fā)現(xiàn)摻硼鉆石新特性，或?yàn)樾滦蜕镝t(yī)學(xué)和量子光學(xué)設(shè)備發(fā)展助力，研究成果發(fā)表于《Nature》。

DIAMFAB攻堅(jiān)4英寸金剛石晶圓

DIAMFAB是一家位于法國(guó)格勒諾布爾的高科技初創(chuàng)公司，成立于2019年，設(shè)于法國(guó)國(guó)家科研中心尼爾研究所。以格勒諾布爾法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院 (CNRS) 30 年的研發(fā)工作為基礎(chǔ)。這家初創(chuàng)公司專(zhuān)注于人造金剛石的外延和摻雜，在薄金剛石層生長(zhǎng)和電子元件設(shè)計(jì)方面擁有四項(xiàng)專(zhuān)利。金剛石可以摻雜硼（B）的p型，也可以摻雜氮（N）或磷（P）的n型。DIAMFAB精通硼和氮摻雜。Diamfab的目標(biāo)是到2026年將金剛石晶圓尺寸拓展至4英寸。

撥款8100萬(wàn)歐元建設(shè)金剛石代工廠

2024年12月17日,歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)西班牙直接撥款 8100萬(wàn)歐元，支持 Diamond Foundry Europe（美國(guó)加利福尼亞州舊金山 Diamond Foundry Inc 的子公司）在埃斯特雷馬杜拉特魯希略建立新工廠，總投資額約為 6.75 億歐元，用于生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)合成鉆石毛坯。Diamond Foundry 表示計(jì)劃于 2025 年開(kāi)始生產(chǎn)單晶金剛石芯片，服務(wù)于傳統(tǒng)金剛石買(mǎi)家和半導(dǎo)體行業(yè)。

若鉆石半導(dǎo)體得到廣泛應(yīng)用，那么穩(wěn)定供應(yīng)高品質(zhì)的人造鉆石將至關(guān)重要。目前，中國(guó)是人造鉆石的重要產(chǎn)地之一，值得一提的是，中國(guó)在金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域也取得了不少突破，中國(guó)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速推進(jìn)。西安交大團(tuán)隊(duì)成功批量化2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石襯底，獲國(guó)家級(jí)榮譽(yù)；北大東莞光電研究院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜制備法，成果發(fā)表于《自然》雜志。除了科研院所的研究進(jìn)展之外，中國(guó)也有一些企業(yè)正在加速金剛石半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化。

碳方程，主要從事第三、四代半導(dǎo)體材料專(zhuān)用設(shè)備的研發(fā)與制造，其核心業(yè)務(wù)為金剛石半導(dǎo)體材料所需的MPCVD長(zhǎng)晶設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)。公司致力于完善金剛石大尺寸材料的加工工藝及相關(guān)配套設(shè)備，旨在實(shí)現(xiàn)核心設(shè)備的自主化與產(chǎn)業(yè)化，以推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。

截止目前，公司已成功研發(fā)出6KW/10KW/15KW等MPCVD長(zhǎng)晶設(shè)備并大批量應(yīng)用于金剛石行業(yè)，與此同時(shí)，公司在技術(shù)創(chuàng)新上持續(xù)深耕，2024年已順利推出915MHZ MPCVD設(shè)備，并小批量出貨。

隨著金剛石半導(dǎo)體材料的前景逐漸顯現(xiàn)，各國(guó)不僅在技術(shù)研發(fā)上加大投入，同時(shí)也在全球市場(chǎng)中展開(kāi)了激烈競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)的企業(yè)也在積極推動(dòng)金剛石半導(dǎo)體的研發(fā)，力圖在這一領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位?？梢灶A(yù)見(jiàn)，金剛石已經(jīng)不再是實(shí)驗(yàn)室討論的話(huà)題，它現(xiàn)在正在成為一種工業(yè)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)物。