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北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在金剛石薄膜材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域取得重大突破。

12月19日，北京大學(xué)東莞光電研究院發(fā)布最新研究成果，該院與南方科技大學(xué)、香港大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，在金剛石薄膜材料制備和應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展，成功開發(fā)出能夠批量生產(chǎn)大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的制備方法。

這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著在金剛石薄膜技術(shù)領(lǐng)域的一大飛躍，為未來金剛石薄膜在電子、光學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能性。該研究成果于12月18日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表。

目前，超薄金剛石主要通過切片大塊金剛石或在異質(zhì)基底上通過CVD（化學(xué)氣相沉積）生長(zhǎng)獲得。但CVD法無法獲得與硅基半導(dǎo)體技術(shù)完全兼容的大面積、分層形式的金剛石膜，切片法可以產(chǎn)生高質(zhì)量的單晶金剛石，但該方法不適用于工業(yè)應(yīng)用，因?yàn)樗@得膜的尺寸和表面粗糙度受到激光和聚焦離子束處理的限制。

據(jù)介紹，北京大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了切邊后使用膠帶進(jìn)行剝離金剛石膜的方法，能夠大量制備大面積（2英寸晶圓）、超薄（亞微米厚度）、超平整（表面粗糙度低于納米）、超柔性（可360°彎曲）的金剛石薄膜。制備的高品質(zhì)薄膜具有平坦的可加工表面，能夠允許進(jìn)行微納加工操作，超柔性特點(diǎn)使得能夠直接用于彈性應(yīng)變工程，以及變形傳感應(yīng)用，這是更厚的金剛石薄膜無法實(shí)現(xiàn)的。

（圖片來源：北京大學(xué)東莞光電研究院官網(wǎng)）

金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域前景廣闊

金剛石因其卓越的載流子遷移率、導(dǎo)熱性、介電擊穿強(qiáng)度以及從紅外到深紫外的超寬帶隙和光學(xué)透明度，被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體材料”。

作為第四代半導(dǎo)體核心材料，金剛石半導(dǎo)體具有超寬禁帶、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高載流子飽和漂移速度等材料特性。金剛石還是自然界中導(dǎo)熱性能最好的材料之一，熱系數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)散熱材料，有效降低電子設(shè)備的溫度。另外，金剛石還具有優(yōu)良的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，保證了設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，采用金剛石襯底可研制高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件，克服器件的“自熱效應(yīng)”和“雪崩擊穿”等技術(shù)瓶頸。

全球各大芯片公司正加大力度投入研究。報(bào)道稱，英偉達(dá)率先開展鉆石散熱GPU實(shí)驗(yàn)，性能是普通芯片的三倍；華為也公布鉆石散熱專利，例如，12月3日其公布一項(xiàng)名為“一種半導(dǎo)體器件及其制作方法、集成電路、電子設(shè)備”的專利，其中涉及到金剛石散熱。

此外，全球首座金剛石晶圓廠明年或量產(chǎn)。西班牙政府近日已獲得歐洲委員會(huì)的批準(zhǔn)，將向人造金剛石廠商Diamond Foundry提供8100萬歐元的補(bǔ)貼，以支持其在西班牙建造一座金剛石晶圓廠的計(jì)劃。該工廠計(jì)劃在2025年開始生產(chǎn)單晶金剛石芯片。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Virtuemarket數(shù)據(jù)，2023年全球金剛石半導(dǎo)體基材市場(chǎng)價(jià)值為1.51億美元，預(yù)計(jì)到2030年底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3.42億美元，2024年~2030年的預(yù)測(cè)復(fù)合年增長(zhǎng)率為12.3%。

我國(guó)是人造金剛石大國(guó)

中國(guó)是人造金剛石主要生產(chǎn)國(guó)，現(xiàn)有838家相關(guān)企業(yè)，2023年人造金剛石產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量95%，且產(chǎn)業(yè)鏈具備絕對(duì)成本優(yōu)勢(shì)。

據(jù)證券時(shí)報(bào)·數(shù)據(jù)寶統(tǒng)計(jì)，上市公司方面，人造金剛石主要企業(yè)有力量鉆石、黃河旋風(fēng)、惠豐鉆石、國(guó)機(jī)精工、中兵紅箭、四方達(dá)、沃爾德、光莆股份、恒盛能源等。

中兵紅箭表示，公司功能金剛石產(chǎn)品可用于半導(dǎo)體、光學(xué)、散熱、量子等領(lǐng)域。

黃河旋風(fēng)表示，公司在金剛石半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)還處于研發(fā)階段。

沃爾德表示，公司重點(diǎn)聚焦金剛石功能性材料在工具級(jí)、熱沉級(jí)、光學(xué)級(jí)、電子級(jí)等方面的研究。

力量鉆石全資子公司與臺(tái)灣捷斯奧企業(yè)有限公司簽訂半導(dǎo)體高功率金剛石半導(dǎo)體項(xiàng)目，致力于研究半導(dǎo)體散熱功能性金剛石材料。

光莆股份表示，公司投資的化合積電公司的金剛石熱沉片可用于芯片散熱。

恒盛能源表示，子公司樺茂科技將對(duì)金剛石在半導(dǎo)體晶圓應(yīng)用領(lǐng)域保持積極的研發(fā)。

行情方面，10月以來，惠豐鉆石曾出現(xiàn)大幅上漲，區(qū)間最高漲幅一度超4倍，最新漲幅仍超165%。黃河旋風(fēng)曾一度連續(xù)收獲5個(gè)漲停板，10月至今累計(jì)漲幅超70%。四方達(dá)、沃爾德、國(guó)機(jī)精工等10月至今漲幅超20%。