中國粉體網(wǎng)訊 近兩年，金剛石逐漸成為了半導體行業(yè)的熱點。
金剛石作為寬禁帶甚至超寬帶隙半導體材料的一員（禁帶寬度5.5 eV），具有優(yōu)異的物理和化學性質(zhì)，如高載流子遷移率、高熱導率、高擊穿電場、高載流子飽和速率和低介電常數(shù)等。作為集優(yōu)異的電學、光學、力學、熱學和化學等特性于一身的超寬禁帶半導體，金剛石被譽為“終極半導體材料”、“終極室溫量子材料”。
目前，業(yè)界對金剛石的關注程度越來越高，優(yōu)勢資源不斷匯集，也加速了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化速度。
金剛石又“長大”了
8月1日，寧波晶鉆科技股份有限公司研制出產(chǎn)品尺寸60mm×60mm，長邊尺寸72.29mm CVD大尺寸同質(zhì)外延金剛石襯底。換算成半導體行業(yè)晶圓單位約3.35英寸。這不僅刷新了該企業(yè)的記錄，而且也是目前已知全球尺寸最大的一顆人造單晶金剛石。
晶鉆科技生產(chǎn)的同質(zhì)外延單晶金剛石產(chǎn)品
CVD金剛石與天然金剛石相比更加地干凈，幾乎沒有任何雜質(zhì)，且具有極高的擊穿電場、極高的飽和載流子速度及遷移率、低的介電常數(shù)等優(yōu)異的電學性質(zhì)。因此CVD金剛石材料目前已在半導體領域中獨占鰲頭。
據(jù)了解，該金剛石片采用的是同質(zhì)外延生長技術。微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）是行業(yè)公認的制備大尺寸、高品質(zhì)單晶金剛石的最佳手段之一，目前主要有同質(zhì)外延、異質(zhì)外延兩種技術路線。相比于異質(zhì)外延生長，同質(zhì)外延技術的優(yōu)勢在于其晶體質(zhì)量高，內(nèi)應力和位錯密度低，同時能生長出較大的籽晶原料，從而提高面積增加效率，但技術也極具挑戰(zhàn)性。
晶鉆科技在金剛石“長大”這件事上一直在突破，自2014年制備出第一顆CVD單晶金剛石以來，歷經(jīng)10余次技術迭代，已量產(chǎn)2英寸CVD單晶金剛石。2023年底，成功制備出3英寸CVD單晶金剛石，目前也已穩(wěn)定批量化生產(chǎn)。如今產(chǎn)品再次升級，尺寸突破3.35英寸，并正在向4英寸以上單晶金剛石制備發(fā)起沖刺。
新技術助力金剛石“成長“加速度
近日，東京理工大學利用液態(tài)微波等離子體化學氣相沉積法（IL-MPCVD）在高壓低功率條件下也可以制備出金剛石材料。
金剛石是一種具有優(yōu)異性能的極限性超硬多功能材料，人工合成的金剛石可通過摻雜的方式使其具有各種獨特的性質(zhì)�；瘜W氣相沉積（CVD）技術是將雜質(zhì)摻入金剛石晶格中的最有效方法。
通過CVD技術，P型摻硼金剛石（BDD）已成功實現(xiàn)，從而在半導體到超導體的轉(zhuǎn)變方面取得了突破。磷摻雜金剛石（PDD）具有優(yōu)異的性能，因此適用于廣泛的應用領域，但由于施主能級較深，N型摻磷金剛石（PDD）面臨低摻磷效率的挑戰(zhàn)。
盡管其潛力巨大，但高成本和低摻磷效率限制了PDD的實際應用，為了充分利用PDD的優(yōu)勢，必須開發(fā)出能夠在高摻磷濃度下實現(xiàn)快速生長的新技術。這些進步將顯著提高PDD的生產(chǎn)效率，并擴大其在尖端技術領域的應用范圍。
近年來，液相微波等離子體CVD（IL-MPCVD）作為一種高增長率的CVD技術，受到了廣泛關注。據(jù)報道，該團隊用于金剛石材料沉積的反應混合物由甲醇（MeOH）和乙醇（EtOH）與三乙基磷酸酯（(C2H5)3PO4）組成，其中磷碳比為1000 ppm。他們利用IL-MPCVD在高壓（60 kPa）和低功率（440 W）條件下實現(xiàn)了多晶PDD的高速合成，生長速率達到280 μm/h，這比傳統(tǒng)的CVD方法高出兩個數(shù)量級。
該研究成果表明，L-MPCVD在高效合成金剛石方面具有巨大的潛力。該技術不僅提高了生長速率，還能更好地控制摻雜過程，這對于調(diào)整金剛石薄膜的電學和電化學性能至關重要。這為金剛石材料在先進電子、高功率設備和電化學應用中的應用開辟了新的可能性。
來源：DT半導體、晶鉆科技、半導體材料行業(yè)分會
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除
