中國粉體網訊  超寬禁帶半導體是禁帶寬度在4.5eV以上的半導體材料，主要包括金剛石、氮化鋁、氧化鎵等，目前正成為研究的熱點。金剛石作為超寬帶隙半導體材料的一員，具有優異的物理和化學性質，基于這些優異的性能參數，金剛石被認為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料，被業界譽為“終極半導體”。

不同半導體材料的性能

金剛石半導體器件

金剛石所具有的不同特性可以在不同的半導體領域帶來質變。寬禁帶和高導熱率的特性非常適合做功率器件；寬禁帶和高透明特性適合做傳感器和深紫外發光器件；高結構強度和高導熱率特性在器件封裝上也會帶來很大的進步。

金剛石半導體功率器件

傳統的硅基功率器件已經非常成熟且大規模用于日常生產生活中，例如高壓直流整流，晶閘管，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等等。然而由于硅材料的物理特性限制，現有的硅基功率器件始終具有兩個缺陷：無法在高溫下運行（大于150℃）和無法承受高電壓（大于10KV）。而金剛石所表現出來的特性可以發現使用金剛石制作功率器件來替代硅基功率器件會收到非常好的效果。

金剛石深紫外傳感器和發光器件

金剛石具有優異的透光性和折射率，穩定的分子結構非常適合制作傳感器。特別是在極端環境下，例如高溫高壓、高輻射也能正常工作的傳感器。另一方面，金剛石具有的超寬禁帶和高透明度也適合制作發光器件，尤其是紫外、深紫外光源器件。

金剛石微機電系統（MEMS）

微機電系統在各種場合的應用越來越多，同樣具有巨大的市場價值。例如：汽車等交通工具廣泛的加速度計；工廠、實驗室等需求氣壓溫度等傳感器，特殊氣體的探測器。隨著微機電系統應用范圍越來越廣泛，對器件的要求也越來越高。金剛石各種特性同樣適合制作微機電系統，尤其適合在高壓、高溫、高加速度和高輻射等環境下工作的高端器件。

金剛石半導體的工業化道路

目前，金剛石在半導體領域的應用正成為全球主要國家競相布局的戰略高地。

日本

從金剛石的襯底研發、器件設計、設備制造的全產業鏈，日本均有布局，現處于全球領先地位。早在2021年，東京的Orbray采用異質外延法已開發出2英寸金剛石晶圓的量產技術，并有望在未來幾年內實現4英寸晶圓的商業化。2023年日本佐賀大學團隊成功開發出全球首個采用金剛石半導體的電源電路，重點用于太空通信領域。

美國

2023年美國初創公司Diamond Foundry創造出了世界上首個單晶金剛石晶圓，直徑100毫米、重110克拉。2024年另一家初創公司Diamond Quanta宣布其專有的新型金剛石半導體制造和摻雜技術取得重大突破。

歐洲

法國公司Diamfab的目標是到2026年將金剛石晶圓尺寸拓展至4英寸。“相較于傳統硅基半導體，金剛石器件所需晶圓面積更小，成本更低”，Diamfab首席執行官表示，“金剛石器件有望在4英寸晶圓上與SiC展開競爭。”

中國

在2024年，西安交通大學王宏興教授研究團隊實現了2英寸異質外延單晶金剛石自支撐襯底的量產，采用的是微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）技術，并通過對成膜均勻性、溫場及流場的有效調控，進而提高了異質外延單晶金剛石成品率，各項指標已經優于國外最好的水平達到世界領先水平。該項目榮獲2024年度中國第三代半導體技術十大進展。據了解，王宏興團隊生產的單晶金剛石器件已經廣泛應用于我國5G通訊、高頻大功率探測裝置產品中。

2英寸異質外延單晶金剛石自支撐襯底照片

金剛石半導體在新材料、新器件、新技術等方面的不斷創新和發展，為各行各業帶來了更廣泛的應用前景。2025年11月5日，中國粉體網將在河南•鄭州舉辦“2025半導體行業用金剛石材料技術大會”。屆時，我們將邀請到西安交通大學王宏興教授出席本次大會并作題為《金剛石半導體材料與器件的研究》的報告。

專家簡介

王宏興，西安交通大學電信學院電子科學與技術系，教授/博士生導師，電子物理與器件教育部重點實驗室主任，美國電氣學會（IEEE）、日本應用物理學會（JSAP）、日本電氣學會（IEEJ）、美國顯示學會（SID）和美國化學學會（ACS）委員、陜西省真空學會理事長。長期從事寬禁帶半導體材料、器件、設備的研發，獲國家科技進步三等獎1項，主持科研項目10余項，申報和獲得發明專利100余項，發表SCI收錄論文120余篇。

參考來源：

王凡生等：金剛石半導體器件的研究進展

杜昊臨等：金剛石半導體器件研究概述

西安交通大學、菁云資本

（中國粉體網編輯整理/石語）

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