金刚石半导体技术，有新进展

金刚石半导体虽然面临技术挑战，但以性能优异而闻名，其技术突破最早可在2025年至2030年实现实际应用。日本的几个研究团队继续在该领域取得重大进展。

据日媒报道，佐贺大学于2023年成功研制出世界首个由金刚石半导体制成的功率器件。同年，该大学与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）合作，开发用于太空通信的高频金刚石半导体元件。

东京精密零件制造商Orbray成功研发出2英寸金刚石晶圆量产技术，突破了尺寸制造的极限。该公司预计很快将完成4英寸基板的研发。此外，丰田和电装共同出资的Mirai Technologies正与Orbray合作开发车载金刚石功率器件，目标是在2030年代实现商业化。

Orbray 还与英美资源集团合作，推进其人造金刚石基板业务，重点开发用于功率半导体和通信的大直径金刚石基板。该公司计划扩建其在日本秋田县的生产设施，预计 2029 年首次公开募股。

日本早稻田大学分拆出来的初创公司 Power Diamond Systems 于 2023 年成功开发出一项技术，以提高金刚石功率器件的载流能力。该公司计划在未来几年推出样品，并已与九州工业大学建立了合作伙伴关系。

与此同时，由北海道大学和日本产业技术综合研究所（AIST）联合创办的创业公司大隈钻石设备公司（Ookuma Diamond Device）正在福岛县大隈市建设大型量产工厂。该工厂预计将于 2026 财年（2026 年 4 月至 2027 年 3 月）投入运营，旨在将其产品用于福岛第一核电站的核废料清除设备。

这些核废料是2011年福岛核事故中反应堆结构和核燃料熔化产生的高放射性残留物，只有钻石半导体等耐高辐射的设备才能处理它们。

钻石半导体加速商业化的潜力正在引起相关企业的关注。例如，JTEC公司专门为研究机构生产精密设备，并开发了一种用于抛光高硬度材料表面的等离子技术。

EDP是日本唯一一家从事宝石用合成金刚石种子制造和销售的公司，拥有世界上最大的单晶生产机制。该公司还参与金刚石半导体基板和工具材料的生产。

随着金刚石半导体技术的进步，合成金刚石的品质和稳定供应越来越重要。住友电工在 20 世纪 80 年代利用工业应用的高品质材料生产出世界上最大的合成金刚石单晶“SumiCrystal”。

目前，大多数人造钻石生产集中在印度和中国。韩国计划在 2024 年开发一项技术，缩短生产人造钻石所需的时间。韩国基础科学研究所 (IBS) 在《自然》杂志上发表的一项研究介绍了一种新技术，该技术使用由镓、镍和其他材料组成的液态金属合金在 150 分钟内制造出人造钻石。

金刚石成下一代半导体材料

在金刚石半导体中，输出功率值为全球最高，在所有半导体中也仅次于氮化镓产品的约2090兆瓦。与作为新一代功率半导体的碳化硅（SiC）产品和氮化镓（GaN）产品相比，金刚石半导体耐高电压等性能出色，电力损耗被认为可减少到硅制产品的五万分之一。金刚石功率半导体的耐热性和抗辐射性也很强，到2050年前后，有望成为人造卫星等所必需的构件。

耐高压、大射频、低成本、耐高温，多重特性助推金刚石成下一代半导体材料。金刚石禁带宽度5.5eV超现有氮化镓、碳化硅等，载流子迁移率也是硅材料的3倍，同时金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度，且具备优异的耐高温属性。

CVD法制备人造金刚石因其耐高压、大射频、低成本、耐高温等诸多优势，被普遍认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最优材料，根据原子排列方式不同又分为多晶金刚石及单晶金刚石。展望未来，CVD法人造金刚石可通过晶圆拼接方式制作大面积单晶晶圆，作为半导体芯片衬底可完全解决散热问题及利用金刚石的多项超级优秀的物理化学性能，制造第四代“终极半导体”。

民生证券邱祖学等人在2022年12月7日发布的研报中表示，中国人造金刚石产量位居全球第一。随着先进制造领域中第三代半导体规模化应用孕育新兴需求，工业用金刚石需求旺盛，预计2021-2025年中国人造金刚石产量CAGR达到13%。