中国粉体网讯 近两年，金刚石逐渐成为了半导体行业的热点。
金刚石作为宽禁带甚至超宽带隙半导体材料的一员（禁带宽度5.5 eV），具有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。作为集优异的电学、光学、力学、热学和化学等特性于一身的超宽禁带半导体，金刚石被誉为“终极半导体材料”、“终极室温量子材料”。
目前，业界对金刚石的关注程度越来越高，优势资源不断汇集，也加速了研发和产业化速度。
金刚石又“长大”了
8月1日，宁波晶钻科技股份有限公司研制出产品尺寸60mm×60mm，长边尺寸72.29mm CVD大尺寸同质外延金刚石衬底。换算成半导体行业晶圆单位约3.35英寸。这不仅刷新了该企业的记录，而且也是目前已知全球尺寸最大的一颗人造单晶金刚石。
晶钻科技生产的同质外延单晶金刚石产品
CVD金刚石与天然金刚石相比更加地干净，几乎没有任何杂质，且具有极高的击穿电场、极高的饱和载流子速度及迁移率、低的介电常数等优异的电学性质。因此CVD金刚石材料目前已在半导体领域中独占鳌头。
据了解，该金刚石片采用的是同质外延生长技术。微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）是行业公认的制备大尺寸、高品质单晶金刚石的最佳手段之一，目前主要有同质外延、异质外延两种技术路线。相比于异质外延生长，同质外延技术的优势在于其晶体质量高，内应力和位错密度低，同时能生长出较大的籽晶原料，从而提高面积增加效率，但技术也极具挑战性。
晶钻科技在金刚石“长大”这件事上一直在突破，自2014年制备出第一颗CVD单晶金刚石以来，历经10余次技术迭代，已量产2英寸CVD单晶金刚石。2023年底，成功制备出3英寸CVD单晶金刚石，目前也已稳定批量化生产。如今产品再次升级，尺寸突破3.35英寸，并正在向4英寸以上单晶金刚石制备发起冲刺。
新技术助力金刚石“成长“加速度
近日，东京理工大学利用液态微波等离子体化学气相沉积法（IL-MPCVD）在高压低功率条件下也可以制备出金刚石材料。
金刚石是一种具有优异性能的极限性超硬多功能材料，人工合成的金刚石可通过掺杂的方式使其具有各种独特的性质。化学气相沉积（CVD）技术是将杂质掺入金刚石晶格中的最有效方法。
通过CVD技术，P型掺硼金刚石（BDD）已成功实现，从而在半导体到超导体的转变方面取得了突破。磷掺杂金刚石（PDD）具有优异的性能，因此适用于广泛的应用领域，但由于施主能级较深，N型掺磷金刚石（PDD）面临低掺磷效率的挑战。
尽管其潜力巨大，但高成本和低掺磷效率限制了PDD的实际应用，为了充分利用PDD的优势，必须开发出能够在高掺磷浓度下实现快速生长的新技术。这些进步将显著提高PDD的生产效率，并扩大其在尖端技术领域的应用范围。
近年来，液相微波等离子体CVD（IL-MPCVD）作为一种高增长率的CVD技术，受到了广泛关注。据报道，该团队用于金刚石材料沉积的反应混合物由甲醇（MeOH）和乙醇（EtOH）与三乙基磷酸酯（(C2H5)3PO4）组成，其中磷碳比为1000 ppm。他们利用IL-MPCVD在高压（60 kPa）和低功率（440 W）条件下实现了多晶PDD的高速合成，生长速率达到280 μm/h，这比传统的CVD方法高出两个数量级。
该研究成果表明，L-MPCVD在高效合成金刚石方面具有巨大的潜力。该技术不仅提高了生长速率，还能更好地控制掺杂过程，这对于调整金刚石薄膜的电学和电化学性能至关重要。这为金刚石材料在先进电子、高功率设备和电化学应用中的应用开辟了新的可能性。
来源：DT半导体、晶钻科技、半导体材料行业分会
（中国粉体网编辑整理/空青）
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