金剛石材料已經(jīng)有50多年的發(fā)展歷史，除了它在傳統(tǒng)的工具用途（地質(zhì)、石油鉆頭，切割等）外，光學和熱應用領域的應用也在不斷的上升，而且在半導體裝置如在高溫環(huán)境下運作的大功率和高頻率設備，金剛石材料也有了新的應用。

　　金剛石獨一無二的物理和電氣特性使它成為具有兩者綜合性能的電子設備的理想候選材料，其中包括大家耳熟能詳?shù)臒釋щ娦浴⒈容^寬的能帶間隙、極好的電子絕緣體、很高的擊穿電壓和載子移動率等特性。

　　然而，正如大家想到的那樣，金剛石和開發(fā)利用金剛石材料技術成本很高，金剛石材料的應用也受到了很大的限制，只能用在一小部分領域和高端設備中。

　　Yole 研發(fā)公司在一篇報告《金剛石材料在半導體中的應用》指出，公司已經(jīng)開發(fā)出金剛石在電子設備中的潛在應用價值，報告集中介紹了在高壓電力電子、高頻率和大功率設備以及大功率光電設備（激光二極管、LED等）中的應用。以及在市場量化中，人們已經(jīng)考慮到了金剛石在被動（散熱器）和主動（二極管，晶體管）器件中的應用。

　　在2013年金剛石材料市場，大量的行業(yè)人員都是由這種優(yōu)質(zhì)高成本的材料問題所困擾，其中最大問題是很高的研發(fā)活動成本。2013-2020年金剛石材料市場增長報告指出：金剛石材料的應用分為兩個方面：基本應用是半導體裝置，市場值超過了4300萬美元，主要是在大功率設備熱管理的導熱片上的應用。

　　獲得高質(zhì)金剛石材料是金剛石設備發(fā)展的關鍵所在

　　電子領域如肖特基二極管、晶體三極管等，都需要高質(zhì)單晶化學氣相沉積金剛石，因為它們本身具有優(yōu)越的應用性能，如高載流子遷移率、長載體壽命、高細分和高導熱性等。

　　優(yōu)質(zhì)金剛石晶片是由金剛石晶體在高溫高壓環(huán)境下形成的，其大小只有幾毫米。相比之下，半導體材料碳化硅晶片大小高達150毫米。

　　未來基于金剛石的主動設備對于晶片的要求必須要達到2英寸以上，并且缺陷密度為100 cm-2或更低。實現(xiàn)厚金剛石膜上獨立晶片的不同方法正在研發(fā)中。目前，一種鑲嵌式方法可以實現(xiàn)2英寸大小的晶片，但是缺陷密度還有待于降低。據(jù)Yole公司對于單晶金剛石晶片的技術規(guī)劃圖可知，2英寸而又缺陷密度很低晶片的商業(yè)應用大概在2016-2017年才能實現(xiàn)。

　　由于它的擴展?jié)摿?，強化微波化學氣相沉積對于晶體增長比高溫高壓的方法更有前景。Yole公司也說:“強化微波化學氣相沉積是薄膜增長最有前途的技術方法，而促進高質(zhì)厚金剛石膜增長的是均向外延單晶金剛石晶片。

　　銥元素上的金剛石異質(zhì)外延可以使金剛石薄膜達到4英寸，但是要想達到更大的尺寸則需要控制良好和可再生的生產(chǎn)工藝。

　　除了單晶片材料制造技術挑戰(zhàn)以外，由于缺乏一個有效的供體，n類型摻雜質(zhì)目前也仍然很難實現(xiàn)，這也就嚴重阻礙了金剛石在電子中的應用。由于應用硼元素可以生產(chǎn)一般絕緣金剛石的p類型摻雜質(zhì)，所以現(xiàn)在很多人把目光集中在了單極設備的生產(chǎn)上，第一批預期主動金剛石設備將是肖特基公司的二極管。

　　盡管與單晶金剛石材料相比，多晶金剛石薄膜的電熱性能都不是很好，但是它們面積很大而且成本較低。Yole公司說：“多晶金剛石薄膜主要用在導熱片設備上（和很多非電子應用功能，比如光學窗口），未來要想降低金剛石薄膜成本和材料性能主要依靠CVD設備。”

　　因而，設備制造商如Cornes技術有限公司、元素六、Plassys-Bestek、sp3金剛石技術公司把精力都投放在了具有更大沉積領域、更高增長率、低電力消耗和高質(zhì)薄膜質(zhì)量的CVD反應器上的研發(fā)上，而且金剛石薄膜和晶片的直接結(jié)合對于降低大功率和高頻率設備應用的熱管理成本具有很大的潛在價值。

　　早期的市場準入有利于確保公司在未來巨大市場中獲得更好的位置

　　金剛石材料供應商之間的不同主要在于技術上的差異，盡管很多廠商也能提供金剛石材料，但是只有很少一部分可以提供高質(zhì)量產(chǎn)品，與質(zhì)量更差的產(chǎn)品相比，它們也只不過是有更大的區(qū)分度，但也只是廉價的非金剛石替代品而已。事實上，每種材料類型只有不到三家公司可以連續(xù)供應高質(zhì)產(chǎn)品，很多廠家有自己的重大研發(fā)基地和研發(fā)基金開發(fā)新產(chǎn)品，在這樣的市場競爭中，就只有在技術上獲得優(yōu)勢，占取先機。

　　最近元素六收購了Group4實驗室機構作為合作伙伴表明，關鍵性的先進技術已經(jīng)成為一種重要趨勢，這樣才能保證公司在金剛石材料市場的固定位置。從過去的歷史中，我們可以看到，金剛石技術的開發(fā)和優(yōu)化是非常復雜而且又耗費時間的。以前金剛石廠家所擁有的技術和IP優(yōu)勢，對于新制造商來說都是很難克服的，而且以后要想打進市場幾乎是不可能的。

　　比如，大功率和高頻率以及大功率光電的開發(fā)商和制造商都是依靠高質(zhì)量材料的可再生供應而生存的。

　　一些歐洲和日本龍頭企業(yè)公司，尤其是關于電力和電子公司對于應用基于金剛石設備，仍然很保守。這就給其它公司提供了機會，避免利用技術和他們直接競爭，不斷的開發(fā)電力電子市場份額，在市場中占領先機。（摘譯自：“Yole: Diamond materials to sparkle in passive devices”，翻譯人：馬燕平）