2024-12-23 10:43
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近日, 中南钻石有限公司 申请了一项名为“ 一种用于量子应用研究的CVD高氨单晶金刚石及其生长方法与应用 ”的专利。该专利涉及 氮掺杂金刚石技术,以低氨CVD金刚石单晶片为晶种,通过精确控制CVD法生长条件,实现了高氨环境下单晶金刚石的低速高质量生长。 中南钻石有限公司是中兵红箭股份有限公司(股票代码000519)的全资子公司。公司是世界最大的超硬材料科研、生产基地,产品主要应用于传统工业领域、消费领域及金刚石功能化应用领域。传统工业应用领域主要产品有工业金刚石、大尺度多晶金刚石、立方氮化硼、超硬复合材料、石墨制品等,已出口到欧美、印度、日本、韩国等40多个国家和地区,产销量和市场占有率雄居全球第一;在消费领域,公司成功实现了宝石级培育钻石的规模化生产,打破了国外巨头对钻石饰品领域主流原材料的垄断;在金刚石功能化应用方面,已在高新技术等领域开展推广应用。 01 钻石从珠宝到科技的蜕变 钻石(金刚石),由纯碳在极端高温高压条件下形成,是自然界中最硬的物质。长久以来,钻石凭借其璀璨的光芒与稀缺性,成为了爱情与奢华的永恒象征。 然而,随着科技的进步,钻石(金刚石)的应用领域正悄然拓宽,它已不再局限于珠宝盒中的璀璨,而是跨入了高科技的广阔天地,引领着一场深刻的科技变革。金刚石禁带宽度是硅的近三倍之多,具有卓越的热导率、低介电常数、高击穿电压和电子、空穴的高迁移率等独特性能,能够在高温、大功率、高压、高频等极端条件下保持稳定工作,被业界誉为“终极半导体”。未来,有望被广泛应用于高功率、高频率电子设备的散热中。 在量子计算领域,氮掺杂的金刚石因其卓越的长相干时间和可操控性,已然成为实现量子比特(qubit)的优选材料之一。通过精准调控钻石内部的氮原子含量与分布,成功孕育出稳定的量子比特,为构筑下一代超高速、超安全的量子计算机奠定了坚实基础;在电子散热领域,钻石基散热器,凭借其无与伦比的导热性能,为高性能计算机、智能手机等电子产品提供了更为高效、可靠的散热解决方案。kashSystems公司创新性地提出金刚石散热GPU技术,利用金刚石导热系数远超铜五倍的优势,显著提升了电子设备的工作效率。国内华为公司在金刚石散热技术领域也取得了显著突破。 02 CVD法制备半导体金刚石 人造金刚石的生产主要通过高温高压法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD)两种技术实现。HPHT主要用于生产金刚石粉体或小尺寸单晶,广泛应用于机械工具领域,但在控制内部缺陷和杂质方面存在局限,难以满足半导体材料的高要求。而CVD法能制备大尺寸、低杂质的高质量金刚石,特别是微波等离子体CVD(MPCVD)技术,由于避免了电极污染,成为制备高品质金刚石的首选。MPCVD法通过优化真空腔体系统和微波发生器设计,能实现6~8英寸的大尺寸金刚石生长,满足半导体材料对大尺寸晶圆的需求。因此,MPCVD法也是目前制备半导体金刚石材料的理想方案。 异质外延沉积大尺寸单晶金刚石示意图 03 全球金刚石产业创新潮涌 当前,金刚石产业正迎来全球范围内的创新浪潮。近日,西班牙政府已批准向Diamond Foundry Europe提供8100万欧元补贴,支持其在西班牙特鲁希略建设总投资达8.5亿美元的金刚石晶圆厂。该厂计划于2025年投产单晶金刚石芯片,旨在满足传统钻石市场和半导体行业的需求,并采用先进的等离子体反应器技术和120MW太阳能发电装置,致力于成为全球首批绿色工业项目。 点击扩展阅读: Flink:8100万欧补贴!Diamond Foundry 2025启产金刚石芯片 我国政府亦高度重视超硬材料产业,出台多项扶持政策为企业保驾护航。近年来,启晶科技、科之诚等中国企业通过引进国外先进技术和自主研发,成功研发出大尺寸、高品质的金刚石晶圆片。晶盛机电成功研发了MPCVD法金刚石晶体生长设备,建设了大尺寸金刚石生产线,并在钻石培育技术上实现了10克拉级钻石的培育。此外,黄河旋风、力量钻石、惠丰钻石等公司也在金刚石单晶、微粉及培育钻石领域展现出强大竞争力。目前,中国已成为全球最大的人造钻石生产和加工基地,也是最重要的钻石批发市场。2023年,中国培育钻石产量达到986万克拉,预计到2025年,年产量将达到1049万克拉。河南省是国内超硬材料产业的核心地区,贡献约80%的金刚石产量。 会议推荐 “2025未来半导体产业发展大会 ” 4月10-12日 苏州举行 Flink未来产链 以 “ 新材料,芯未来 ”为主题 , 从材料研发、加工工艺、装备优化、终端需求等产业难题入手。 重点聚焦 金刚石半导体 、 碳化硅、氮化镓、氮化铝、氧化镓、碳基电子等新型半导体技术、与封装集成、 微纳加工等方向, 挖掘未来半导体产业发展机遇。 会议参考话题 主题一:碳基半导体材料与器件产业发展 (一)碳基CMOS晶体管和集成电路的现状与挑战 1、碳基半导体材料设计与合成 2、碳基纳米材料在半导体中应用进展与产业化难点分析 3、碳基芯片最新进展与应用案例 (二)金刚石半导体商用化进程及难题解决方案 1、大尺寸金刚石晶圆制备技术与装备升级 2、批量化低成本金刚石晶片制备与商业化应用案例 3、金刚石薄膜热导/热阻精确测试 4、大尺寸金刚石低成本高质量磨抛 5、金刚石低温高质量键合、三维集成兼容工艺、性能测试 6、多芯粒AI芯片集成金刚石散热及可靠性 主题二:化合物半导体关键材料与功率器件 1、新型化合物半导体材料的探索与特性研究 2、化合物半导体材料的生长技术与质量控制 3、材料的掺杂技术与性能调控 4、化合物半导体功率器件的结构设计与优化 5、功率器件的制造工艺与挑战 6、化合物半导体功率器件的可靠性与寿命问题 7、高温、高压和高频应用下的功率器件性能要求与解决方案 8、化合物半导体功率器件在新能源领域的应用 9、通信与射频领域的化合物半导体功率器件需求 10、工业与医疗领域的化合物半导体功率器件应用 11、化合物半导体技术与其他先进技术的融合,如人工智能、物联网、传感器技术等 主题三:微纳加工与封装集成 1、异质融合布局 2、先进键合与封装技术 3、晶圆平坦化、等离子抛光 4、激光直写技术、激光加工(晶圆抛磨、切割等) 5、纳制造技术(纳米压印技术、刻划技术、原子操纵技术等) 说明:来源未来产链,部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的,仅供行业人士交流。发布仅为了传达一种不同观点,不代表对该观点赞同或支持。如果有任何问题,请联系我:Lucy(微信)18158225562