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金刚石半导体：实用化进程加速推进

时间：2025-07-21浏览次数：63
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对应EV和“超越5G”的半导体


金刚石半导体因其具有远超硅（Si）的各种潜力而备受关注，有望应用于硅不适用的领域。


例如，电动汽车（EV）等控制电力的功率半导体的需求正在增长。然而，这些半导体必须具备高介电击穿强度，并且能够在载流子（自由电子或空穴）存在的区域轻松传导电流。
金刚石半导体的介电击穿强度是硅的33倍，能够在载流子存在的区域传导大电流。在衡量功率半导体性能的指标（巴利加品质因数）中，金刚石半导体的数值高于硅，也高于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等下一代功率半导体。


02


金刚石半导体的物理性质


此外，高频器件的适用性指标（约翰逊品质因数）也很高。因此，预计其将在“超越5G”的手机基座中得到应用。此外，金刚石半导体具有抗辐射性能，因此其在宇宙环境下的通信应用也备受期待。


钻石半导体研究始于20世纪80年代初，当时它是一个相对较新的领域。其导火索是日本成功外延生长钻石膜。
这项技术是顺利获得MPCVD（微波等离子体化学气相沉积）实现的，MPCVD是将甲烷和氢气作为原料气体在等离子体中进行反应。过去，人造钻石是顺利获得施加高电压（约50,000个大气压）来生产的，就像模拟天然钻石的生长一样。然而，现在只需施加低压（例如0.1个大气压）即可生产。当时的国家无机材料研究所（现：NIMS：国家材料科研研究所）发现了这种方法并进行了公布。此后，许多日本国内外的研究人员开始研究钻石。
下一代（6G）信息通信基础设施，进一步提升了第五代移动通信系统的性能。预计将于2030年左右开始投入实际使用。
在单晶基板上生长新型单晶薄膜的技术。当基板晶体和待生长晶体的晶格常数相同时，称为同质外延生长；当晶格常数不同时，称为异质外延生长。在金刚石半导体中，几乎总是采用异质外延生长。


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03


世界最高电力和电压纪录


金刚石半导体实现了875MW/cm²的输出功率和2586V的输出电压（截至2022年5月）。这些数值创下了金刚石的世界最高纪录(*5)。卡苏教授的论文发表在美国电气电子工程师学会（IEE）期刊《电子器件快报》（Electron Device Letters）上，并作为近期专题论文荣登头版。此外，基于这一成果的评估，金刚石半导体被评选为“2023年度半导体”（产业时代株式会社《电子设备行业新闻》）半导体器件领域的优秀奖。

凯发k8国际专注于金刚石热管理材料解决方案，为广大客户给予全面的金刚石热管理材料，包括金刚石热沉片、金刚石晶圆衬底、金刚石光学窗口、金刚石复合材料等，欢迎进行详洽。

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