證券時報
陳雨康
2024-12-22 16:29
北京大學研究團隊在金剛石薄膜材料制備和應用領域取得重大突破。
12月19日，北京大學東莞光電研究院發(fā)布最新研究成果，該院與南方科技大學、香港大學組成的聯(lián)合研究團隊，在金剛石薄膜材料制備和應用方面取得重要進展，成功開發(fā)出能夠批量生產大尺寸超光滑柔性金剛石薄膜的制備方法。
這一發(fā)現標志著在金剛石薄膜技術領域的一大飛躍，為未來金剛石薄膜在電子、光學等多個領域的應用提供了新的可能性。該研究成果于12月18日在國際頂級學術期刊《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基底上通過CVD（化學氣相沉積）生長獲得。但CVD法無法獲得與硅基半導體技術完全兼容的大面積、分層形式的金剛石膜，切片法可以產生高質量的單晶金剛石，但該方法不適用于工業(yè)應用，因為所獲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。
據介紹，北京大學聯(lián)合研究團隊成功開發(fā)了切邊后使用膠帶進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?。▉單⒚缀穸龋?、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。制備的高品質薄膜具有平坦的可加工表面，能夠允許進行微納加工操作，超柔性特點使得能夠直接用于彈性應變工程，以及變形傳感應用，這是更厚的金剛石薄膜無法實現的。
（圖片來源：北京大學東莞光電研究院官網）
金剛石在半導體領域前景廣闊
金剛石因其卓越的載流子遷移率、導熱性、介電擊穿強度以及從紅外到深紫外的超寬帶隙和光學透明度，被譽為“終極半導體材料”。
作為第四代半導體核心材料，金剛石半導體具有超寬禁帶、高擊穿場強、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熱性能最好的材料之一，熱系數遠高于傳統(tǒng)散熱材料，有效降低電子設備的溫度。另外，金剛石還具有優(yōu)良的機械性能和化學穩(wěn)定性，保證了設備的長期穩(wěn)定運行。
正因為上述優(yōu)點，采用金剛石襯底可研制高溫、高頻、大功率半導體器件，克服器件的“自熱效應”和“雪崩擊穿”等技術瓶頸。
全球各大芯片公司正加大力度投入研究。報道稱，英偉達率先開展鉆石散熱GPU實驗，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日其公布一項名為“一種半導體器件及其制作方法、集成電路、電子設備”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。西班牙政府近日已獲得歐洲委員會的批準，將向人造金剛石廠商Diamond Foundry提供8100萬歐元的補貼，以支持其在西班牙建造一座金剛石晶圓廠的計劃。該工廠計劃在2025年開始生產單晶金剛石芯片。
據市場調研機構Virtuemarket數據，2023年全球金剛石半導體基材市場價值為1.51億美元，預計到2030年底市場規(guī)模將達到3.42億美元，2024年~2030年的預測復合年增長率為12.3%。
我國是人造金剛石大國
中國是人造金剛石主要生產國，現有838家相關企業(yè)，2023年人造金剛石產量占全球總產量95%，且產業(yè)鏈具備絕對成本優(yōu)勢。
據證券時報·數據寶統(tǒng)計，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、惠豐鉆石、國機精工、中兵紅箭、四方達、沃爾德、光莆股份、恒盛能源等。
中兵紅箭表示，公司功能金剛石產品可用于半導體、光學、散熱、量子等領域。
黃河旋風表示，公司在金剛石半導體相關領域技術還處于研發(fā)階段。
沃爾德表示，公司重點聚焦金剛石功能性材料在工具級、熱沉級、光學級、電子級等方面的研究。
力量鉆石全資子公司與臺灣捷斯奧企業(yè)有限公司簽訂半導體高功率金剛石半導體項目，致力于研究半導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金剛石在半導體晶圓應用領域保持積極的研發(fā)。
行情方面，10月以來，惠豐鉆石曾出現大幅上漲，區(qū)間最高漲幅一度超4倍，最新漲幅仍超165%。黃河旋風曾一度連續(xù)收獲5個漲停板，10月至今累計漲幅超70%。四方達、沃爾德、國機精工等10月至今漲幅超20%。
