- 中文
- English
- Español
西安交通大学实现2英寸异质外延单晶金刚石衬底量产
2024-01-26 09:13:15
浏览：
“
相较于传统的硅材料,宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件,被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性,更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小,且价格昂贵,极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索,异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。
”
相较于传统的硅材料,宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件,被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性,更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小,且价格昂贵,极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索,异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。
近日，西安交通大学研究团队采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术，成功实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底的批量化（如上图所示）。通过对成膜均匀性、温场及流场的有效调控，提高了异质外延单晶金刚石成品率。衬底表面具有台阶流（step-flow）生长模式（如下图所示），可降低衬底的缺陷密度，提高晶体质量。XRD（004）、（311）摇摆曲线半峰宽分别小于91 arcsec和111 arcsec（如下图所示），达到世界领先水平。
该方法利用微波等离子体激发反应气体，在较低的温度和压力下实现异质外延单晶金刚石的生长。与传统的制备方法相比，该方法具有更高的生长速率和更低的成本，同时能够实现大规模生产。进而有效保证国内功率电子器件、导热、雷达探测等领域对于高质量、大尺寸电子级单晶金刚石的需求，同时满足院校科研对高质量晶种的需求。
值得一提的是，此次研究成果的产业化打破了国外技术垄断，降低了国内相关产业的生产成本，且应用前景十分广阔。随着5G、物联网等新兴技术的快速发展，金刚石在电子、光子、量子等领域的应用需求不断增加。而异质外延单晶金刚石衬底的量产，将为相关产业的发展提供更加稳定、可靠的原材料支持。同时，该成果的推广应用也将带动相关产业链的发展，促进我国经济的转型升级，我们期待着这一技术在未来的更多应用和突破。
西安交大宽禁带半导体材料与器件研究中心于2013年建立，实验室主任为国家级特聘专家王宏兴教授。实验室经过近10年的发展，已形成具有自主知识产权的金刚石半导体外延设备研发、单晶/多晶衬底生长、电子器件研制等系列技术，已获授权48项专利。与国内相关大型通信公司，中国电科相关研究所等开展金刚石半导体材料与器件的广泛合作，促进了金刚石射频功率电子器件、电力电子器件、MEMS等器件的实用性发展。
海光智能科技作为一家半导体金刚石的生产供应商，在半导体行业飞速发展的同时，我们也提供金刚石材料给各大商业客户与学院研究者，为半导体技术和材料的发展贡献一份力量。我们以MPCVD技术为核心，长期致力于高品质金刚石材料及相关装备的研发与制造，拥有先进的MPCVD设备，激光加工设备以及精密抛光设备。
-
MPCVD 单晶金刚石晶片：从气相沉积到成品晶片完整加工流程解析
MPCVD微波等离子体化学气相沉积技术，是目前制备高品质单晶金刚石晶片的核心工艺，凭借低缺陷、高纯度、大尺寸可控的优势，广泛应用于半导体散热、精密光学、高端传感器等领域。单晶金刚石晶片的成品品质，取决于从气相沉积生长到后道精密加工的全流程管控，每一道工序的精度把控，都直接决定晶片的平整度、透光性、导热性与使用寿命。本文完整拆解MPCVD单晶金刚石晶片从原料沉积到成品交付的全加工链路。
-
大单晶还是多晶？金刚石未来的应用方向值得讨论
随着金刚石逐渐进入半导体、热管理、光学、高功率电子以及精密加工等领域，市场对金刚石材料的尺寸、质量和加工能力也提出了更高的要求。 一个值得讨论的问题是：未来的大尺寸金刚石应用，大单晶和多晶哪一种更有潜力？
-
金刚石抛磨工艺：核心难点与产业挑战
金刚石被誉为 “终极材料”—— 莫氏硬度 10 级、超高热导率（约 2200 W/(m・K)）、优异的化学稳定性和广谱透光性，使其在半导体散热、高端光学器件、量子芯片等前沿领域不可替代。然而，“好材料难加工” 这一悖论在金刚石身上体现得淋漓尽致。抛磨工艺从粗磨找平到原子级精抛，每一步都面临精度、效率与损伤控制的多重博弈。
-
单晶与多晶CVD金刚石，真正的工艺差异不在设备,在生长逻辑
单晶与多晶CVD金刚石是生长机理、晶格结构、性能体系完全独立的两种功能性新材料，二者的工艺逻辑、产品特性、应用边界从沉积生长之初就已彻底分化。脱离底层晶体结构的对比与选型，极易造成高端场景材料错配、量产场景性能高估等问题，制约产品应用价值落地。
