标签: 金刚石

近日， 中国科学院合肥物质院 核能安全 所与南京大学、中国科学技术大学、中国科学院近代物理所、南华大学等单位合作 ，在半导体基辐射探测器研制方面取得系列新进展，相关成果发表在IEEE Electron Device Letters和Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A期刊上。 辐射探测器是人类认识微观世界的“眼睛”，可用于观察和研究核辐射和微观粒子，在基础研究、核能开发和核技术应用等领域具有不可替代的作用。但目前广泛应用的探测器存在灵敏度低或环境适应能力不足的问题，不能满足高温、强辐照环境条件下的应用需求，而采用基于宽禁带和超宽禁带材料的半导体基辐射探测器，具有耐高温、抗辐照、易集成等诸多优势，是近年来先进辐射探测技术研发的一个重要发展方向。 核能安全所科研人员基于宽禁带和超宽禁带材料的半导体基辐射探测技术 ，针对现有探测器存在的问题，优化了探测器的设计、制备工艺和测试方案，大大提升了 辐射探测器 的性能指标，取得系列研究成果。 科研人员制备了 具有较低界面态密度和漏电流水平的大面积氧化镍-氧化镓(p-NiO/β-Ga2O3)器件，并耦合硼中子转换材料，得到了接近1%的本征中子探测效率，完成了Ga2O3基辐射探测器用于热中子探测的首次实验验证 ，为极端恶劣环境条件下的中子探测技术发展进行了有益探索。 图-1 Ga2O3器件实物、光学显微镜照片及结构示意图 制备了具有超低掺杂浓度(<1×1014cm-3)和超厚外延层(80μm)结构的碳化硅肖特基(4H-SiC SBD)型探测器系统，该探测系统具有良好的线性响应，能量分辨率达到1%水平，可实现对12 MeV高能α粒子的完全能量沉积，并在80℃下长时间(24天)稳定工作，为极端条件下 超重元素 的准确测量相关工作提供了有力的技术支持。 图-2 4H-SiC SBD 器件的227Ac能谱(a)及线性响应(b) 利用氧化氮(NO)退火工艺改善SiC/SiO2界面，提高了探测器性能，实现了较高的α粒子能量分辨水平(优于5‰@5486 keV)。进一步研发了基于硼中子转换层的新型热中子探测器，实现了热中子与硼核反应两个主要反应通道的良好区分，完成了该新型探测器对 中子探测 的原理验证。 图-3 NO退火工艺处理后4H-SiC探测器的239Pu-241Am源能谱 以上研究得到了国家重点研发计划、国家重大科研仪器研制项目、安徽省重点研发计划、先进核能技术设计与安全教育部重点实验室开放课题基金等项目资助。 此文来源中国科学院合肥物质院核能安全所。文章仅供行业人士交流，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

添加图片注释，不超过 140 字（可选） 近日，燕山大学实验室高压科学中心田永君院士团队联合南京理工大学、宁波大学的研究人员在超硬材料领域实现重大突破：成功合成出硬度达276 GPa的超细纳米孪晶金刚石块材，刷新了材料硬度的世界纪录。 相关研究以“Enhancing the hardness of diamond through twin refinement and interlocked twins”为题，于2025年1月3日在Nature Synthesis在线发表。论文链接：https://doi.org/10.1038/s44160-024-00707-1。 金刚石是自然界中最硬的材料，在机械加工、油气开采和地质勘探等领域有着广泛应用。单晶金刚石的硬度因晶体取向不同而异，介于60-120 GPa之间。长期以来，科研人员一直在探索如何合成出硬度更高的金刚石材料。晶粒细化作为提升金刚石硬度的经典方法，却在纳米尺度遇到了瓶颈：过高的晶界能量会促使晶粒长大，阻碍了进一步细化，从而限制了硬度的提升空间。 面对这一技术难题，田永君院士团队另辟蹊径，开创了孪晶细化的新途径。与传统晶界相比，孪晶界具有更低的界面能量，为材料的超细化提供了新的可能。团队前期研究已经证实这一方法的可行性——他们成功合成了平均孪晶厚度仅5纳米的金刚石块材，其硬度达到200 GPa，是天然金刚石的两倍。 在最新研究中，研究团队通过精确控制洋葱碳前驱体尺寸并进行高压相变，成功合成出具有突破性性能的超细纳米孪晶金刚石块材：平均晶粒尺寸18纳米，平均孪晶厚度仅2.3纳米，硬度高达276 GPa。通过电镜观察，他们发现样品中既有贯穿型孪晶，也有互锁型孪晶，其中互锁型孪晶占主导地位。对比实验进一步证实了这种结构的关键作用：用金刚石粉为原料制备的纳米晶金刚石，尽管晶粒同样细小（24纳米），但由于缺乏密集的互锁型孪晶结构，硬度仅为125 GPa。 这一突破不仅刷新了硬度纪录，更为突破共价材料硬度极限开辟了新思路。通过孪晶组织的细化和类型调控，研究团队开创了提升材料性能的新途径，这对超硬材料的未来研发具有重要指导意义。 该研究获得国家自然科学基金（52288102、52325203、52090020）、国家重点研发计划（2018YFA0703400、2023YFA1406200）、河北省自然科学基金（E2022203109、E2023203256、E2023203126）等项目资助。燕山大学应盼、李宝忠和马梦冬为共同第一作者，仝柯、赵智胜和徐波为通讯作者；潘益龙（宁波大学）和唐国栋（南京理工大学）为共同通讯作者。 添加图片注释，不超过 140 字（可选） 图释：超细纳米孪晶金刚石的显微组织结构和维氏硬度。a) STEM明场像展示了样品的整体微观形貌，插图为统计获得的晶粒尺寸分布，平均晶粒尺寸为18 nm。b) 高分辨TEM照片显示了样品中的特征孪晶结构：主图为占主导地位的互锁型孪晶，插图为局部区域观察到的贯穿型孪晶。c) 基于位错模型计算的硬度随孪晶厚度的变化及实验测得的硬度数据，插图为超细纳米孪晶金刚石样品的光学照片。 附：图文导读 图1: 洋葱碳结构onion-like carbon，OC前驱体表征。 图2: 洋葱碳结构OC前驱体合成金刚石的显微结构分析。 图3: 硬度作为金刚石孪晶厚度的函数。 图4: 典型孪晶结构和包含这些孪晶构型的多晶金刚石模型示意图。 文献链接 Ying, P., Li, B., Ma, M. et al. Enhancing the hardness of diamond through twin refinement and interlocked twins. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00707-1 https://www.nature.com/articles/s44160-024-00707-1 说明：此文来源SIAN原位电镜。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

01月03日，安泰科技股份有限公司（股票代码：000969 ，简称：安泰科技）安泰科技在回复投资者中表示：公司一直重视金刚石领域新产品、新技术、新市场开发，系列热管理金刚石复合材料等新产品正在按计划推进中。 01 安泰科技金刚石热管理业务稳步前行 安泰科技是由中国钢研科技集团有限公司（原钢铁研究总院）等发起成立的高科技股份有限公司。公司以先进金属材料为主业，服务于战略性新兴产业，在金刚石工具领域更是我国产业化的先行者和技术创新的引领者。公司产品90%以上出口，是国内最大的金刚石工具出口基地，且率先通过欧盟OSA认证并在泰国建立海外生产基地。 2024年中报数据显示，安泰科技金刚石工具板块充分发挥新产品、新客户开拓优势，向欧美市场大客户推广电池锯、石材片、PDA钎焊钻头等新产品，订单同比增长超15%。其泰国子公司紧抓供应链重构机遇，实现订单额1.18亿元，同比增长14%；收入1.14亿元，同比增长15%；净利润2,036万元，同比大幅增长71%，金刚石业务展现出蓬勃的发展态势。 02 金刚石AI时代的超级降温神器 随着半导体技术遵循摩尔定律不断向更精细的纳米制程迈进，芯片的热设计功耗（TDP）持续攀升，内部热流密度急剧增加，散热问题已成为AI与高性能计算（HPC）领域面临的核心挑战。当芯片表面温度达到70-80℃区间时，每增加1℃，其可靠性就会降低10%，而过热更是直接导致了超过55%的设备故障。 金刚石作为已知热导率最高的材料之一，其热导率高达2000W/m·K，是硅的13倍、碳化硅的4倍，以及铜和银的4-5倍，无疑是理想的散热材料。相较于碳化硅，金刚石芯片在成本效益上展现出显著优势，理论上能够降低高达30%的成本，同时所需材料面积仅为硅基芯片的1/150，极大节省了空间。 散热领域有望成为其率先实现产业化的应用场景。 （1）AI算力领域 人造金刚石散热技术作为下一代散热解决方案，在AI时代展现出划时代的意义和巨大的产业化潜力。钻石散热技术能显著提升GPU、CPU的性能达3倍，温度降低60%，能耗减少40%。金刚石散热技术显著降低了数据中心的冷却成本，提高了能源效率，有效减少了因过热导致的硬件故障和性能下降风险。随着AI时代对算力需求的不断增加，钻石散热技术将成为其散热问题的重要解决方案。 （2）新能源汽车领域 超薄钻石纳米膜技术有望使电动汽车充电速度提升5倍，热负荷降低10倍，同时逆变器体积大幅缩小，有望应用于电动汽车的电池管理系统和电机控制器中，以提高充电速度和热负荷管理能力。 （3）航空航天领域 钻石散热技术可用于提高卫星和飞行器的热管理能力，确保其在极端环境下的稳定运行，提升数据传输速率，优化设备性能，并解决续航问题。 据市场调研机构Virtuemarket数据，2023年全球金刚石半导体基材市场价值为1.51亿美元，预计到2030年底市场规模将达到3.42亿美元，2024年—2030年的预测复合年增长率为12.3%。 03 国内外科研企业齐发力，金刚石赛道布局正当时 金刚石产业正迎来全球创新浪潮。国外方面，英伟达已率先开展钻石散热GPU实验，其性能达到普通芯片的三倍。同时，西班牙政府获欧洲委员会批准，将向人造金刚石厂商Diamond Foundry提供8100万欧元补贴，支持其在西班牙建造金刚石晶圆厂，预计2025年开始生产单晶金刚石芯片，这将是全球首座金刚石晶圆厂。 国内相关企业和科研机构也正在积极布局“钻石散热”技术，并在半导体金刚石衬底、薄膜及热沉等关键环节取得显著突破。中国作为人造金刚石的主要生产国，拥有838家相关企业，2023年产量占全球总产量的95%，且产业链具有明显成本优势。 华为： 公司于2024年12月3日公布了一项名为“一种半导体器件及其制作方法、集成电路、电子设备”的专利，该专利涉及金刚石散热技术。这表明华为在钻石散热领域进行了深入的技术研发，并计划未来将该技术应用于其产品中。 四方达： 公司已完成MPCVD设备及工艺开发，成功研发两英寸光学级金刚石，200台MPCVD设备已满产。项目已于9月8日开工，预计2024年投产，将成为国内最大的CVD金刚石生产基地，预计一阶段达产产值超10亿元，二阶段有望实现年产值15亿元以上。 惠丰钻石： 公司关注单晶散热片、多晶片、多晶薄膜等产品，正积极储备金刚石散热技术，加大功能性金刚石在半导体、散热材料等领域的应用，以开拓新收入增长点。 中兵红箭： 公司旗下子公司——中南钻石在超硬材料领域市占率世界第一，开发了培育钻石产品，并积极推动金刚石材料在半导体、光学、散热、量子等前沿领域的应用。 力量钻石： 公司是我国HPHT法培育钻石生产设备的主要供应商，与台湾捷斯奥企业有限公司合作研究半导体散热功能性金刚石材料。公司的IC芯片加工用八面体金刚石已应用于半导体CMP工艺加工制程。 黄河旋风： 公司是中国人造金刚石行业领军企业。公司与厦门大学合作成立集成电路热控联合实验室，研发CVD多晶金刚石热沉片，并计划继续研发更大尺寸及光学级CVD多晶金刚石薄膜。 化合积电： 厦门化合积电已具备较为完整的金刚石半导体材料解决方案，并实现规模化生产，其金刚石热沉片可用于芯片散热，并为华为钻石散热技术提供支持。 恒盛能源： 通过增资桦茂科技涉足金刚石散热技术的研发和应用，桦茂科技具备MPCVD法培育大钻石技术。 沃尔德： 在CVD金刚石的制备及应用方面有15年以上研发和技术储备，掌握三大CVD金刚石生长技术，产品矩阵包括金刚石膜声学器件、金刚石热沉材料等。公司持续探索金刚石功能材料在声、光、电、热等领域的研究和应用。 国机精工： 在金刚石散热片方面取得广泛应用，尤其是在高功率半导体激光器和GaN半导体芯片领域。 晶盛机电： 全自动MPCVD法生长金刚石设备经过测试，能一次实现20颗以上4-5克拉毛坯钻石的生产能力，设备稳定性好，综合生长良率高。 在科研机构方面，2024年12月，北京大学东莞光电研究院王琦研究员携手南方科技大学李携曦教授、香港大学Yuan Lin教授及褚智勤教授等顶尖学者，成功制备出面积达2英寸晶圆、厚度仅亚微米级、表面粗糙度低于纳米且可360°弯曲的超柔性金刚石薄膜，并在《自然》（Nature）期刊发表题为“Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membranes”的研究成果。 说明：来源未来产链，部分数据来源于网络资料。文章仅供行业人士交流，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 18158225562

据长飞先进官微消息，12月18日，长飞先进武汉基地项目举行首批设备搬入仪式，标志着长飞先进武汉基地即将迈入工艺验证新阶段，全面投产正式进入倒计时。本次搬入的设备涵盖芯片制造各个环节，包括薄膜淀积、离子注入、光刻、刻蚀等，较原定设备搬入时间大幅提前。 长飞先进总裁陈重国表示，首批设备的进驻，标志着武汉基地项目正式进入产能建设新阶段，接下来还将面临工艺验证、产品通线等更多、更难的挑战。目前，长飞先进武汉基地项目正加快推进建设并对设备进行安装调试，预计2025年5月实现量产通线。 资料显示，长飞先进与2023年8月与武汉东湖高新区管委会签署第三代半导体功率器件研发生产基地项目，该项目聚焦第三代半导体功率器件研发与生产，项目总投资预计超过200亿元，其中项目一期总投资80亿元，规划年产36万片6英寸碳化硅晶圆。 当前SiC在汽车、可再生能源等功率密度和效率极其重要的应用市场中仍然呈现加速渗透之势，未来几年整体市场需求将维持增长态势。全球市场研究机构TrendForce集邦咨询预测，到2028年全球SiC功率器件市场规模有望达到91.7亿美元。 会议推荐 “2025未来半导体产业发展大会” 2025年 4月10-12日 苏州举行 点击扩展阅读： Flink：2025 未来半导体产业发展大会 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：此文来源网络。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

12月19日，北京大学东莞光电研究院王琦研究员携手南方科技大学及香港大学精英团队，在金刚石薄膜材料制备和应用方面取得重要进展，成功研发大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的高效批量制备技术方法。 受该利好消息刺激，今日A股培育钻石板块逆势飙升，惠丰钻石股价飙升，录得30厘米的涨停佳绩，力量钻石强势封板20%，四方达大涨幅逼近20%，黄河旋风亦霸气涨停！ 01 金刚石薄膜技术重大突破 北京大学东莞光电研究院王琦研究员携手南方科技大学李携曦教授、香港大学Yuan Lin教授及褚智勤教授等顶尖学者，共同在金刚石薄膜领域取得里程碑式成就。团队成功研发出可批量生产大尺寸、超光滑、柔性金刚石薄膜的创新制备技术，并于2024年12月18日在《自然》（Nature）期刊发表题为'Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membranes'的研究成果。此项技术能制备出面积达2英寸晶圆、厚度仅亚微米级、表面粗糙度低于纳米且可360°弯曲的超柔性金刚石薄膜。这些高品质薄膜以独特的超柔性更使其能直接应用于弹性应变工程和变形传感领域，超越了传统厚金刚石薄膜的局限性，使得应用领域大大拓宽。 02 金刚石战略属性凸显 金刚石（钻石），凭借其超宽禁带、卓越导热性、高载流子迁移率及强大的击穿电场强度，被誉为半导体材料中的'六边形战士'与'终极半导体'。随着技术革新不断突破，金刚石在半导体、量子计算、军事技术等高端科技领域的应用版图持续扩张，未来有望发挥举足轻重的角色。2024年8月，我国启动对人造金刚石设备与技术的出口管制，凸显其战略价值属性。 据市场调研机构Virtuemarket数据显示，2023年全球金刚石半导体基材市场价值已达1.51亿美元，并预计至2030年底将增长至3.42亿美元，2024年至2030年间的预测复合年增长率高达12.3%。我国人造钻石产业链凭借其突出的成本优势，在全球市场中独占鳌头，产量已稳居世界总产量的九成以上。国内力量钻石以2022年规划产能超过200万克拉，稳居行业第一。此外，中晶公司、沃尔德、国机精工、富耐克等企业也积极推进新的产能扩建项目，共同推动我国人造钻石产业的蓬勃发展。 03 金刚石散热技术引领AI时代新机遇 随着半导体技术不断遵循摩尔定律向更精细的纳米制程推进，TDP（热设计功耗）持续上升，芯片内部的热流密度也随之急剧增加，散热难题已然成为AI与高性能计算（HPC）领域亟待解决的核心挑战。当芯片表面温度攀升至70-80℃区间时，每增加1℃，其可靠性就会显著降低10%，而过热更是直接引发了超过半数的设备故障。金刚石是已知热导率最高的材料，其热导率是硅的13倍、碳化硅的4倍，以及铜和银的4-5倍，是当之无愧的理想散热材料。 相较于碳化硅，金刚石芯片在成本效益上展现出显著优势，理论上能够降低高达30%的成本。同时，其所需材料面积仅为硅基芯片的1/150，极大地节省了空间。在能效方面，金刚石芯片能够减少3倍的能量损耗，并且使芯片体积缩小至原来的1/4。金刚石的应用可使GPU、CPU性能提升3倍，温度降低60%，能耗降低40%，为数据中心节省数百万美元的冷却成本。 当前，钻石散热产业链正处于“从0到1”的临界点，全球范围内的各项应用正加速落地。美国AkashSystems 公司获得美国芯片法案支持，充分体现了美国对钻石散热前景的十分认可。英伟达已率先启动了钻石散热GPU的实验项目，其展现出的性能是普通芯片的三倍之多。此外，近日西班牙政府喜获欧洲委员会批准，将向人造金刚石制造商Diamond Foundry注资8100万欧元，以助力其在西班牙兴建金刚石晶圆厂。这座工厂预计于2025年启动单晶金刚石芯片的生产，标志着全球首座金刚石晶圆厂的诞生。 国内相关企业也正踊跃布局“钻石散热”技术，并在半导体金刚石衬底、薄膜及热沉等关键环节取得了显著突破。华为公布一项名为“一种半导体器件及其制作方法、集成电路、电子设备”的专利，其中涉及到金刚石散热技术。此外，力量钻石、沃尔德、国机精工、中兵红箭、黄河旋风、惠丰钻石及四方达等公司，在人造钻石用于半导体衬底、薄膜及热沉方面的应用取得突破。我国凭借完备的金刚石产业链优势，并通过对上游关键材料实施出口管控，正稳步推动钻石散热技术产业化进程，其发展速度与海外相比毫不逊色。 会议推荐 “2025未来半导体产业发展大会” 2025年 4月10-12日 苏州举行 点击扩展阅读： Flink：2025 未来半导体产业发展大会 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