“终极半导体材料：未来科技发展的加速器

发布时间：2024-11-29 16:32:27 | 浏览量： 21次

近年来，在半导体行业中，金刚石逐渐成为了关注热点。为了实现绿色低碳的目标，过去几年中，半导体行业正在不断追求更高效、更强大的半导体器件。传统硅材料虽然被广泛使用，但在效率方面正日益逼近其极限，尤其是在高温和高压条件下。氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等半导体材料的出现与发展，让行业突破了硅的限制，开发出更高效、更可持续的技术，如今这些材料在可再生能源系统、电动汽车和其他减少碳排放的技术中发挥着关键作用。然而，探索并不止于此。长期以来，金刚石因其审美价值而受到重视。如今，金刚石作为一种新型半导体材料闯入了大家的视线当中，并引发了研究人员和行业专家的关注。

金刚石是集优异的电学、光学、力学、热学和化学等特性于一身的超宽禁带半导体，被誉为“终极半导体材料”、“终极室温量子材料”，作为具有独特物理化学特性的新型材料，未来应用领域广阔。

金刚石半导体具有超宽禁带（5.45eV）、高击穿场强（10MV/cm）、高载流子饱和漂移速度、高热导率（22 W/cmK）等材料特性，远远高于第三代半导体材料 GaN 和 SiC，以及优异的器件品质因子（Johnson、Keyes、Baliga），采用金刚石衬底可研制高温、高频、大功率、抗辐照电子器件，克服器件的“自热效应”和“雪崩击穿”等技术瓶颈，在5G/6G通信，微波/毫米波集成电路、探测与传感等领域发展起到重要作用。

另外由于金刚石具有很大的激子束缚能（80meV），使其在室温下可实现高强度的自由激子发射（发光波长约为 235nm），在制备大功率深紫外发光二极管方面具有较大的潜力，其在极紫外深紫外和高能粒子探测器的研制中也发挥重要作用。

通过使用金刚石电子器件，不仅可以减轻传统半导体的热管理需求，而且这些设备的能源效率更高，并且可以承受更高的击穿电压和恶劣的环境。

例如，在电动汽车中，基于金刚石的功率电子器件可以实现更高效的功率转换、延长电池寿命以及缩短充电时间；在电信领域，尤其是在5G及更高级别网络的部署中，对高频和高功率器件的需求日益增长。单晶金刚石基板提供了必要的热管理和频率性能，支持下一代通信系统，包括射频开关、放大器和发射器；消费电子领域，单晶金刚石基板可以推动更小、更快、更高效的智能手机、笔记本电脑和可穿戴设备组件的开发，从而带来新的产品创新并提高消费电子市场的整体性能。

据市场调研机构Virtuemarket数据指出，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。在2024-2030年的预测复合年增长率为12.3%。其中，在中国、日本和韩国等国家电子和半导体行业不断增长的需求的推动下，亚太地区预计将主导金刚石半导体衬底市场，到2023年预计将占全球收入份额的40%以上。

特性优势和广阔前景驱动下，金刚石在半导体产业链上的多个环节已经展现出巨大的潜力和价值。从热沉、封装到微纳加工，再到BDD电极及量子科技应用，金刚石正逐步渗透到半导体行业的各个关键领域，推动技术创新与产业升级。

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