超硬材料網

       隨著數字時代的不斷發展，中國"3060碳戰略"目標的確立，綠色低碳成為我國各行業發展主要導向，其中，高效能半導體器件發展應用成為推動汽車電子、電子信息、大數據中心等領域節能降耗的重要趨勢。

       從硅、鍺為代表的傳統半導體材料到現在以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體材料，再到以培育鉆石、氧化鎵為代表的超寬禁帶半導體材料，支撐半導體器件的性能不斷提升，促進射頻通信、高功率器件、照明器件等方面革新發展。超寬禁帶半導體培育鉆石功率電子學將有可能成為下一代固態功率電子學的代表，受到研究人員的廣泛關注。

       培育鉆石是一種具有多種特異性能的功能材料，它具有硬度高、導熱性能好、熱膨脹系數小、光學性能優異、從紫外到紅外波段范圍具有光學透明性等性能。除此之外，培育鉆石還具有優異的電學性能：具有大的禁帶寬度，載流子遷移率高、介電常數小、擊穿電場比Si和GaAs高二個數量級，而標志大功率和高速開關性能的Johnson和Keyse指數均高于Si和GaAs，因此其應用前景廣闊。　

       培育鉆石憑借優異的電學性質在微電子機械系統、聲學器件、半導體器件、功率器件、探測器、生物醫療、量子計算通訊等領域的應用日益受到學術界和產業界的關注，具有廣闊的應用前景，其在科技領域的地位與重要性與日俱增，將成為更高性能的科研利器。

       微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)技術在制備高質量半導體培育鉆石材料方面具有獨特優勢，MPCVD技術制備半導體培育鉆石材料具有高速率生長、大尺寸生長、高質量生長以及電學摻雜等特點。由于CVD法合成培育鉆石打破了設備對襯底尺寸的限制，為大面積單晶培育鉆石生長提供條件，CVD法成為高純度、大面積的首選方案。目前，常用的CVD法合成單晶培育鉆石，主要包括微波等離子體CVD法(MPCVD)、熱絲CVD法、火焰燃燒CVD法和直流弧光等離子CVD法等。

       微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)單晶培育鉆石生長技術一般采用金屬作腔體，由于其微波能量無污染、氣體原料純凈、沒有催化劑和雜質的摻入等優勢，使得金剛石的質量得到改善，在眾多培育鉆石制備方法中脫穎而出，成為制備大尺寸、高品質單晶培育鉆石最有發展前景的技術之一，這也大大拓展了培育鉆石材料在高技術領域的應用潛力。

       培育鉆石具有超低阻值，減少散熱需求，還可淀積在硅、玻璃、藍寶石和金屬襯底上，有望重新激發微處理器運算速度的演進。此前，由于無法有效散熱，微處理器的運算速度在5GHz左右已徘徊了10年。對于硅材料，5GHz是個極限，因為更高的功耗和熱點會將微處理器化為泡沫，而培育鉆石有著22倍于硅、5倍于銅的熱傳導能力，將使微處理器的運算速度達到新的高度，催生新一代微處理器的誕生。培育鉆石技術還將使摩爾定律得到延續。在培育鉆石面臨單原子級之前還有十二代可縮小空間，而硅則將在2025年達到原子級發展極限。

       培育鉆石不單是莫氏硬度表上最堅硬的材料，也有著良好的導熱性。與硅相比，培育鉆石保持能量的能力更強。對于智能手機來說，培育鉆石制造的處理器能夠減少發熱量。智能手機不是唯一的受益者，對于想要縮小設備中電路體積的公司來說，培育鉆石處理器都能帶來幫助。

       另外，重工業和航空航天業也需要培育鉆石處理器件來抵御高強度的輻射和X射線。基于培育鉆石技術能夠提高功率密度，并為消費者創造更快、更輕、更簡單的設備。比硅芯片更便宜、更薄，基于培育鉆石的電子產品可能成為高能效電子產品的行業標準。