金剛石是一種具有極高硬度和導(dǎo)熱性能的礦物，由于其在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的優(yōu)異性能，金剛石的應(yīng)用逐漸被廣泛地開發(fā)和利用。作為資深的MPCVD設(shè)備廠商，沃特塞恩微波源將通過本文介紹金剛石在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，并探討如何培育金剛石以滿足半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的需求。

       一、金剛石在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

       隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高性能材料的需求也越來越迫切。金剛石作為絕佳的寬禁帶半導(dǎo)體材料的同時還集力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等優(yōu)異性能于一身，這使其在高新科技尖端領(lǐng)域中，特別是電子技術(shù)中得到廣泛關(guān)注，被公認為是最具前景的新型半導(dǎo)體材料，基于這些優(yōu)勢，寬禁帶半導(dǎo)體尤其是金剛石在高頻高壓條件下具有廣泛且不可替代的應(yīng)用優(yōu)勢和前景。

       以下是金剛石在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的常見應(yīng)用：

       1. 高功率電力電子器件

       金剛石半導(dǎo)體材料的禁帶寬度達5.47 eV，熱導(dǎo)率是已知半導(dǎo)體材料中最高的，因而可以滿足未來大功率、強電場和抗輻射等方面的需求，是制作功率半導(dǎo)體器件的理想材料。

       2. 深紫外探測器、高能粒子探測器

       在深紫外光電子領(lǐng)域，由于金剛石的大禁帶寬度、高溫工作、耐輻照特性，在應(yīng)用于極端條件下的深紫外探測器、高能粒子探測器等方面有著先天性的優(yōu)勢。也是基于上述的原因，而且在工藝上可以避開尚未解決的金剛石摻雜問題，所以金剛石探測器是目前比較成熟的、已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品化的唯一半導(dǎo)體金剛石器件有關(guān)的產(chǎn)品種類。

       3. 襯底材料

       金剛石還可以作為GaN功率器件的襯底，以幫助其散熱，實現(xiàn)更高頻率和更高功率。從2008年開始，歐盟投入資金推動化學(xué)氣相沉積方法（CVD）在GaN器件背面生長金剛石。隨后美國國防部高級研究計劃局、海軍研究辦公室等投入大量資金，聯(lián)合大學(xué)（英國布里斯托大學(xué)、美國佐治亞理工、斯坦福等）、半導(dǎo)體公司（元素六、雷神、Qorvo、Lockheed Martin、Northrop Grumman等）大力推動金剛石基GaN器件的發(fā)展。但由于價格高昂，使得金剛石襯底的氮化鎵器件的應(yīng)用被限制在國防和航天等領(lǐng)域。

       二、如何培育金剛石以滿足半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的需求

       目前，金剛石的自然產(chǎn)量極為有限，因此需要通過人工方法來培育金剛石以滿足半導(dǎo)體工業(yè)的需求。培育金剛石的方法有目前主要是HPHT高溫高壓法、CVD化學(xué)氣相沉積法等。

       高溫高壓法制備的金剛石單晶一般會含有一定量的雜質(zhì)，影響金剛石的純凈度和品級，且作為半導(dǎo)體材料，摻雜濃度不易控制，對合成技術(shù)要求比較苛刻。

       CVD法包括HFCVD法、微波等離子體（MPCVD）法、直流噴射法等幾種。其中MPCVD法由于采用無電極放電，可產(chǎn)生純凈的等離子體，避免了其他生長方法中由于電極等造成的污染，成為制備高品級金剛石的首選方法。

金剛石培育設(shè)備

       三、結(jié)言

       隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對高性能材料的需求也越來越迫切。金剛石的半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域正處于蓬勃快速發(fā)展的階段，但因其特性，需要多領(lǐng)域、交叉學(xué)科的研究人員和產(chǎn)業(yè)專家共同努力才能積極推進。