芯耀
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【DT半導(dǎo)體】獲悉，2月13日，根據(jù)日本EDP公司官網(wǎng)，宣布成功開發(fā)出全球最大級(jí)別30x30mm以上的金剛石單晶，刷新行業(yè)紀(jì)錄！此前30×30mm以上基板需采用多晶拼接技術(shù)，現(xiàn)可通過離子注入剝離技術(shù)實(shí)現(xiàn)大尺寸單晶基板。
單晶金剛石具有已知物質(zhì)中最高的熱導(dǎo)率（>2000 W/m·K），是理想的高功率器件散熱材料。大尺寸晶圓量產(chǎn)將推動(dòng)金剛石散熱片成本下降，擴(kuò)展其在5G基站、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。
相關(guān)參數(shù)：
尺寸：15x15毫米至30x30毫米（15x15毫米以下的單晶基板已上市。）厚度：0.05至3毫米
晶面方向：(100)面偏角3°左右
氮含量：8ppm以下
X射線搖擺曲線半峰寬：20至80弧秒（與現(xiàn)有產(chǎn)品相當(dāng)）
新開發(fā)的金剛石單晶圖（32 x 31.5mm）
EDP未來開發(fā)規(guī)劃
短期目標(biāo)（2025年）：
1英寸晶圓（直徑25mm）：計(jì)劃2025年4月底前發(fā)售，面積較現(xiàn)有半英寸晶圓（直徑12.5mm）提升4倍，支持多器件集成制造。
2英寸晶圓（直徑50mm）：通過4片30×30mm單晶拼接開發(fā)50×50mm馬賽克晶體，目標(biāo)2025年12月實(shí)現(xiàn)商品化，兼容現(xiàn)有半導(dǎo)體制造設(shè)備。
中長(zhǎng)期規(guī)劃：
單晶尺寸突破50×50mm：預(yù)計(jì)需2～3年開發(fā)周期，直接實(shí)現(xiàn)2英寸單晶晶圓。
4英寸馬賽克晶圓（直徑100mm）：基于50×50mm單晶拼接，滿足金剛石器件大規(guī)模量產(chǎn)需求。
EDP公司背景和技術(shù)領(lǐng)域
日本EDP公司（株式會(huì)社EDP）是日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)總研）下屬的一家高科技企業(yè)，主要致力于金剛石半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。EDP公司在金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和領(lǐng)先地位，其主要產(chǎn)品包括高濃度硼摻雜金剛石基板、人造金剛石生產(chǎn)用大型籽晶和半導(dǎo)體用大型基板等。
日本EDP公司在金剛石半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)成果和歷史進(jìn)展如下：
1、大尺寸單晶金剛石基板的開發(fā)：
2023年8月，EDP公司成功開發(fā)了高濃度硼摻雜的金剛石基板，并實(shí)現(xiàn)了其商品化。這些基板包括低電阻自支撐金剛石基板和外延生長(zhǎng)基板，尺寸限制在7mm×7mm，但通過11月推出的15x15mm單晶，成功擴(kuò)大了低電阻基板的面積，實(shí)現(xiàn)了商品化。
2024年10月，EDP公司進(jìn)一步開發(fā)了更大尺寸的單晶，尺寸達(dá)到10x10mm、0.2x0.3mm、12.5x12.5mm等，基本特性與2023年8月產(chǎn)品一致。
2、高濃度硼摻雜金剛石基板的應(yīng)用：
這些高濃度硼摻雜的金剛石基板主要用于功率電子器件，具有優(yōu)異的電氣性能和熱耐受性，適用于大功率、穩(wěn)定電源的應(yīng)用場(chǎng)景，如電動(dòng)汽車、飛行汽車和發(fā)電站等。
全球金剛石半導(dǎo)體的競(jìng)爭(zhēng)格局
Diamond Foundry：2023年通過異質(zhì)外延技術(shù)制造出直徑100毫米的單晶金剛石晶圓（110克拉），熱導(dǎo)率達(dá)2400W/(m·K)，應(yīng)用于AI、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。其新型逆變器比Tesla 3縮小6倍尺寸。
Element Six：聯(lián)合日本Orbray、法國(guó)HiquteDiamond等企業(yè)，推進(jìn)4英寸單晶金剛石材料研發(fā)，目標(biāo)突破超寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)。
Akash Systems：獲美國(guó)政府1820萬美元補(bǔ)貼，開發(fā)金剛石散熱技術(shù)，提升GPU散熱效率，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。
中國(guó)在金剛石單晶的研發(fā)和生產(chǎn)方面發(fā)展迅速，有多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)：
西安交通大學(xué)：王宏興教授團(tuán)隊(duì)在金剛石半導(dǎo)體材料領(lǐng)域取得了重大突破，成功開發(fā)出2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底，并實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）技術(shù)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、大尺寸金剛石單晶的生長(zhǎng)。
寧波晶鉆科技股份有限公司：該公司成功研制出60 mm × 60 mm（長(zhǎng)邊尺寸72.29 mm）CVD大尺寸同質(zhì)外延金剛石襯底，展現(xiàn)了中國(guó)在金剛石材料領(lǐng)域的強(qiáng)大研發(fā)和生產(chǎn)能力。
中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所：金鵬團(tuán)隊(duì)采用激光切割圖案化工藝，在Ir/YSZ/Si復(fù)合襯底上實(shí)現(xiàn)了2英寸異質(zhì)外延自支撐金剛石單晶的制備，為傳統(tǒng)光刻圖案化方案提供了一種更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)的替代方案。
黃河旋風(fēng)：開發(fā)直徑2英寸CVD多晶金剛石熱沉片，熱導(dǎo)率超2000W/(m·K)，合作廈門大學(xué)研發(fā)芯片散熱方案
北京大學(xué)：聯(lián)合南方科技大學(xué)和香港大學(xué)，成功開發(fā)一種能夠批量生產(chǎn)大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的制備方法，這一創(chuàng)新成果不僅在材料科學(xué)領(lǐng)域具有里程碑意義，也為金剛石薄膜的商業(yè)化應(yīng)用鋪平了道路。
總體而言，全球金剛石領(lǐng)域正處于快速發(fā)展階段，各國(guó)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在積極探索新技術(shù)、新應(yīng)用，推動(dòng)金剛石在半導(dǎo)體、電子器件、量子計(jì)算等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
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