說到金剛石，我想生活中很多人并不熟悉，小編在沒有進(jìn)入這一行業(yè)，對(duì)金剛石的了解，僅限于其結(jié)構(gòu)十分完美而已（PS小編是熒光陶瓷材料專業(yè)）… 還不如換個(gè)詞“鉆石”，深入人心，BlingBling，充滿誘惑。

“鉆石恒久遠(yuǎn)”的百年騙局，埋沒了鉆石的才華，大材小用。你以為他是土豪，實(shí)際上人家是王者，金剛石在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用體量遠(yuǎn)大于珠寶領(lǐng)域。尤其是在未來高精尖領(lǐng)域，金剛石材料大有可為。

在后摩爾時(shí)代， 碳基電子學(xué)的發(fā)展受到人們的廣泛關(guān)注， 在納電子學(xué)領(lǐng)域， 以一維的碳納米管和二維的石墨烯為主的碳基納電子學(xué)研究取得重大進(jìn)展， 而在功率電子學(xué)領(lǐng)域，以終結(jié)半導(dǎo)體著稱的金剛石功率電子學(xué)的研究也呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)， 展現(xiàn)出其將成為下一代功率電子學(xué)的潛力。

金剛石半導(dǎo)體，被業(yè)界譽(yù)為[敏感詞]半導(dǎo)體也是有原因的，目前主要研究熱點(diǎn)在哪，這要從金剛石本身的性質(zhì)出發(fā)。

（圖片來自西安電子科技大學(xué)張金風(fēng)教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

金剛石是一種超寬禁帶半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為5.5 eV，比GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體材料還要大。如下表所示，金剛石禁帶寬度是Si的5倍；載流子遷移率也是Si材料的3倍，理論上金剛石的載流子遷移率比現(xiàn)有的寬禁帶半導(dǎo)體材料（GaN、SiC）也要高2倍以上，同時(shí)，金剛石在室溫下有極低的本征載流子濃度。并且，除了[敏感詞]硬度以外，金剛石還具有半導(dǎo)體材料中[敏感詞]的熱導(dǎo)率， 為AlN的7.5倍，基于這些優(yōu)異的性能參數(shù)，金剛石被認(rèn)為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最有希望的材料，被業(yè)界譽(yù)為“[敏感詞]半導(dǎo)體”。

尤其是5G通訊時(shí)代迅速全面展開，金剛石單晶材料在半導(dǎo)體、高頻功率器件中的應(yīng)用日益凸顯。金剛石單晶及制品是超精密加工、智能電網(wǎng)等國家重大戰(zhàn)略實(shí)施及智能制造、5G通訊等產(chǎn)業(yè)群升級(jí)的重要材料基礎(chǔ)，這一技術(shù)的突破與產(chǎn)業(yè)化對(duì)于中國智能制造、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)自主安全具有重大意義。

為此， 要求金剛石材料的研究向大尺寸、低缺陷、低電阻率和高導(dǎo)熱的方向發(fā)展。

目前對(duì)于金剛石半導(dǎo)體材料與器件的研究主要從以下幾個(gè)方面：

金剛石的制備方法主要分為高溫高壓法（HPHT）和等離子體化學(xué)氣相沉積法（PCVD），相對(duì)于HPHT法和其他PCVD法，MPCVD無極放電、無污染、外延可控性強(qiáng)，在大尺寸、高純度金剛石制備與摻雜研究方面優(yōu)勢(shì)更明顯，是高質(zhì)量和多領(lǐng)域應(yīng)用金剛石制備的[敏感詞]方法。

在先進(jìn)MPCVD設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及市場(chǎng)化方面，日本、美國及德國等國的團(tuán)隊(duì)處于領(lǐng)跑地位。其中，在平板石英窗式MPCVD設(shè)備和CAP式MPCVD設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用方面，日本Seki公司在全球占據(jù)主導(dǎo)權(quán)，且保持技術(shù)領(lǐng)先水平。在石英鐘罩式MPCVD設(shè)備開發(fā)應(yīng)用方面，美國密歇根州立大學(xué)Asmussen團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高氣壓（＞2.4×104Pa）工作的高功率密度微波等離子體諧振腔，實(shí)現(xiàn)了金剛石的高速沉積。

在石英環(huán)式MPCVD裝置開發(fā)應(yīng)用方面，法國Plassys和德國iPlas公司生產(chǎn)的MPCVD極具代表性，其中iPlas的設(shè)備具有微波狹縫耦合式結(jié)構(gòu)，適用于大尺寸金剛石的制備，但沉積速率不是特別理想。在橢球形諧振腔MPCVD裝置研發(fā)方面，德國Fraunhofer研究所和Aixtron公司始終保持著世界[敏感詞]水平，該結(jié)構(gòu)的設(shè)備與石英鐘罩式或石英環(huán)式MPCVD設(shè)備相比，適用于匹配更大功率級(jí)別的微波電源，進(jìn)而利于獲得更大面積的等離子體。獲得均勻穩(wěn)定、大面積的微波等離子體是MPCVD設(shè)備研制開發(fā)人員的[敏感詞]目標(biāo)。

近年來，國內(nèi)MPCVD設(shè)備開發(fā)相關(guān)的研究團(tuán)隊(duì)在新型MPCVD諧振腔的開發(fā)方面取得了一定的成果，但與國外先進(jìn)團(tuán)隊(duì)相比，國內(nèi)鮮有企業(yè)或機(jī)構(gòu)突破實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)量產(chǎn)的技術(shù)難點(diǎn)。因此，微波等離子體諧振腔的自主優(yōu)化設(shè)計(jì)、大尺寸金剛石制備工藝的改善等關(guān)鍵技術(shù)的突破亟待國內(nèi)相關(guān)團(tuán)隊(duì)持續(xù)的投入和鉆研，未來仍有較長的路要去探索。

作為半導(dǎo)體材料，金剛石單晶和多晶材料制備要求與應(yīng)用方向大有不同。

CVD多晶金剛石膜的制備方法，包括高功率直流電弧等離 子體噴射CVD、熱絲CVD及 MPCVD等。光學(xué)級(jí)、電子級(jí)多晶金剛石膜的制備要求沉積速率理想和缺陷密度極低或 可控，無電極污染放電的MPCVD必然成了電子級(jí)、光學(xué)級(jí)金剛石膜制備的理想方法。但多晶金剛石生長速度較慢，其晶向一致性對(duì)加工至關(guān)重要，加工比較難。

目前，元素六公司已實(shí)現(xiàn)4英寸電子級(jí)多晶金剛石的商業(yè)化量產(chǎn)。北京科技大學(xué)李成明團(tuán)隊(duì)、武漢工程大學(xué)汪建華團(tuán)隊(duì)和太原理工大學(xué)于盛旺團(tuán)隊(duì)在MPCVD制備光學(xué)級(jí)多晶金剛石膜的研究方面均取得了一定的成果。雖然目前國內(nèi)光學(xué)級(jí)、電子級(jí)多晶金剛石膜與國際先進(jìn)水平還存在差距，但國內(nèi)以上團(tuán)隊(duì)開發(fā)的光學(xué)級(jí)多晶金剛石膜可滿足紅外／雷達(dá)雙模制導(dǎo)窗口、高功率CO2激光加工機(jī)窗口及高功率微波窗口的基本應(yīng)用需求。

相對(duì)于苛刻的光學(xué)級(jí)、電子級(jí)多晶金剛石膜制備、應(yīng)用條件而言，多晶金剛石膜作為半導(dǎo)體功率器件散熱的熱沉應(yīng)用更廣，需求更大、更迫切。目前其沉淀的技術(shù)水平也較容易實(shí)現(xiàn)。

此外，多晶金剛石的制備成本相對(duì)于單晶金剛石的制備成本優(yōu)勢(shì)更加明顯。近30年來MPCVD多晶金剛石膜作為熱沉應(yīng)用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的研究從未間斷，目前英寸級(jí)Si基多晶金剛石膜應(yīng)用于HEMTs器件中，器件的RF功率密度得到有效提高，達(dá)到23W/mm以上。當(dāng)前，制備出的熱沉級(jí)多晶金剛石膜的尺寸可達(dá)到8英寸，隨著MPCVD技術(shù)的改善升級(jí)有望與現(xiàn)存的8英寸半導(dǎo)體晶圓制造產(chǎn)線兼容，最終實(shí)現(xiàn)多晶金剛石熱沉材料在半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用推廣。

與多晶金剛石相比，無晶界制約的單晶金剛石（SCD）的光學(xué)、電學(xué)性能更加優(yōu)異，在量子通信／計(jì)算輻射探測(cè)器、冷陰極場(chǎng)發(fā)射顯示器、半導(dǎo)體激光器、超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU芯片多維集成電路及軍用大功率雷達(dá)微波行波管導(dǎo)熱支撐桿等前沿科技領(lǐng)域的應(yīng)用效果突出，而制備出大尺寸高質(zhì)量的SCD是前提。

金剛石作為晶圓，其尺寸必須要達(dá)到2英寸以上。目前制備大尺寸金剛石及晶圓的技術(shù)主要有同質(zhì)外延生長、馬賽克晶圓制備和異質(zhì)外延生長等技術(shù)。

馬賽克拼接法作為制備大尺寸SCD可行性較高的一種方法，將多片均一襯底拼接生長，結(jié)合剝離技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)大尺寸 SCD的制備，目前已實(shí)現(xiàn)單晶wafer[敏感詞]2英寸，但對(duì)襯底均一性要求高、存在晶界，會(huì)導(dǎo)致拼接處存在應(yīng)力、缺陷等問題，影響了SCD拼接片的質(zhì)量。另外成本高，需要注入剝離技術(shù)，成品率很低。

（圖片來自西安電子科技大學(xué)張金風(fēng)教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

合成高質(zhì)量的同質(zhì)外延金剛石層是制備金剛石電子器件的重要技術(shù)之一， 其具有缺陷密度低的特點(diǎn)， [敏感詞]尺寸可達(dá)0.5 英寸 ( 1 英寸 = 2.54 cm)。在同質(zhì)外延制備單晶金剛石的過程中， 如何將單晶金剛石從襯底上剝離，是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是比較困難的。因?yàn)橐r底同樣是堅(jiān)硬無比的單晶金剛石，不能用普通的切割方法進(jìn)行切割，常用的方法有機(jī)械拋光和激光切割。

（圖片來自西安電子科技大學(xué)張金風(fēng)教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

除了同質(zhì)外延，異質(zhì)外延也是生長大面積單晶金剛石的一種有效方法。異質(zhì)外延是指在 Si、藍(lán)寶石、MgO 等襯底上利用緩沖層來緩解金剛石與襯底的熱失配和晶格失配，最終實(shí)現(xiàn)單晶金剛石薄膜的生長，其中最有效的緩沖層為 Ir 等。理論上該方法可以生長面積足夠大的單晶金剛石，以滿足其在電子器件領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化需求。其主要不足是缺陷密度高。

在微波等離子化學(xué)氣相沉積 ( MPCVD) 生長技術(shù)中突破了加氮高速生長、脈沖放電高效率生長和離子注入剝離等關(guān)鍵技術(shù)后， 近 10 年來又實(shí)現(xiàn)了多方向重復(fù)的三維 MPCVD 高速外延生長 ( 生長速率 100 μm·h-1) ， 大尺寸、厚而無多晶金剛石邊緣的生長和采用等離子體 CVD 在 ( H，C，N，O)系統(tǒng)中 200 h 無邊界連續(xù)生長等創(chuàng)新技術(shù)。

對(duì)金剛石半導(dǎo)體器件而言，金剛石材料的摻雜是形成功率器件的基礎(chǔ)技術(shù)。金剛石半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的[敏感詞]問題是金剛石的高效體摻雜尚未解決，制造P型晶體管容易、制造n型晶體管困難。金剛石的 p 型摻雜技術(shù)則比較成熟，主要摻雜物是硼原子。對(duì) p 型金剛石來說，硼雜質(zhì)很容易就能融入天然金剛石和 MPCVD 金剛石，不存在晶體取向問題，但硼室溫下激活效率小于 0.1% 。硼在金剛石中的摻雜濃度和遷移率是此消彼長的關(guān)系，過大的摻雜濃度往往導(dǎo)致遷移率的迅速下降，當(dāng)硼摻雜濃度為 1019 cm-3時(shí)，遷移率將降低到 100 cm2·V -1·s-1以下。

（圖片來自西安電子科技大學(xué)張金風(fēng)教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

根據(jù)金剛石的 C 原子( 共價(jià)半徑 0.077 nm) 在元素周期表中的位置來選擇，離的最近的是氮( N) 原子( 0.075 nm) ，這使其也成為金剛石 n 型摻雜的有利候補(bǔ)。然而，摻雜后置換金剛石中 C 原子的 N 原子由于伴隨 Jahn-Teller 效果，局部晶格產(chǎn)生歪斜，N 原子從置換的位置產(chǎn)生偏離，其摻雜能級(jí)非常深，為 1.7 eV，在室溫下難以產(chǎn)生導(dǎo)電。

（圖片來自西安電子科技大學(xué)張金風(fēng)教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

隨著金剛石半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，未來必將突破n型摻雜技術(shù)、大尺寸高質(zhì)量單晶制備及高平整度、高均勻性材料外延技術(shù)等瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)更高功率性能的金剛石電子器件。但這離不開科研人員的不懈努力！

功率二極管：近 10 年來， CVD 金剛石材料在大尺寸、低缺陷和重?fù)诫s等方面的進(jìn)展直接帶動(dòng)了金剛石二極管向著高擊穿電壓、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速率和高溫工作的方向發(fā)展， SBD 和 p-n 結(jié)二極管兩種類型均在開發(fā)， 其中金剛石 SBD 發(fā)展更快， 已處于初步的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)階段。

金剛石二極管和晶體管擊穿電壓較低 ( 小于500 V) 的主要原因是難以控制金剛石中的摻雜物質(zhì)。金剛石是地球中原子密度[敏感詞]的材料， 除少數(shù)小原子 H、P、N 和 Si 元素等， 很難將其他大原子加入其晶體中。

金剛石 p-i-n 二極管是先進(jìn)的并適用于大功率應(yīng)用的器件， 除了它的臨界電場(chǎng)為 3 MV·cm-1( SiC 理論極限) 以外，也可通過采用重?fù)诫s層使金剛石 p-i-n 二極管的串聯(lián)電阻大幅度降低。近10年來，金剛石 p-i-n 二極管技術(shù)有了很大的進(jìn)步，如突破了具有躍遷傳導(dǎo)機(jī)制的重?fù)诫s的 p+ 和 n+ 層的制備；低阻躍遷電導(dǎo)的金剛石 p+-i-n+ 結(jié)二極管的載流 子 輸 運(yùn) 機(jī) 制; 肖 特 基 金 剛 石 p-n 二 極 管( SPND) 的材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；選擇生長 n+ 層、p-n 結(jié)二極管的界面缺陷對(duì)反向漏電影響的機(jī)理研究; 金剛石 p-i-n 二極管的反向恢復(fù)及少子壽命研究; 金剛石肖特基p-i-n二極管 ( SPIND) 的不均勻肖特基勢(shì)壘高度的機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)。

功率晶體管與邏輯電路

金剛石晶體管在功率電子學(xué)和微波電子學(xué)兩大領(lǐng)域均有進(jìn)展。在功率電子學(xué)領(lǐng)域向高擊穿電壓、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高溫工作、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速率和常關(guān)器件的方向發(fā)展。金剛石晶體管以各類 FET為主， 包括金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 ( MESFET) 、MOSFET 和 JFET 等， 其溝道有兩種: 金剛石氫終端表面二維空穴氣和 p 型摻雜層。隨著 n 型摻雜材料的進(jìn)步， 開始出現(xiàn)雙極型金剛石器件， 近期還研發(fā)出異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。在微波電子學(xué)領(lǐng)域以氫終端 FET 為主， 并且向高 fT /fmax 和高功率密度方向發(fā)展。

金剛石 MESFET采用肖特基勢(shì)壘來調(diào)制和控制溝道， 近幾年的技術(shù)進(jìn)步有: 寬柵漏間距和輕摻 p溝道相結(jié)合， 柵源間距縮小的效應(yīng)研究，通過了14.8 MeV中子輻照實(shí)驗(yàn)， 較高的摻硼濃度和良好的表面外延溝道層工藝，摻硼金剛石 MESFET 的高溫退火。

金剛石 MOSFET 是研究最廣泛的金剛石晶體管， 其采用 MOS 柵控制結(jié)構(gòu)可抑制柵極的泄漏電流。近幾年， 金剛石 MOSFFT 以氫終端溝道器件為主， 突破了高度穩(wěn)定的 Al2O3柵氧化層結(jié)構(gòu)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。

對(duì)于工作在高電壓和高溫下功率器件的應(yīng)用，比表面溝道 器件更加穩(wěn)定的金剛石體溝道器件JFET更具優(yōu)越性。

金剛石BJT是主要的功率開關(guān)器件之一。由于金剛石基 BJT 與氫終端金剛石 FET 相比， 沒有柵介質(zhì)層、氫終端表面電導(dǎo)率以及可實(shí)現(xiàn)少數(shù)載流子注入的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)， 導(dǎo)致其導(dǎo)通電阻可能更低。功率 BJT的關(guān)鍵參數(shù)是共發(fā)射極電流的放大系數(shù)，與金剛石FET 相比，其可實(shí)現(xiàn)電流放大， 以減小驅(qū)動(dòng)電路的功率要求。

金剛石邏輯電路：開發(fā)金剛石邏輯電路是發(fā)展金剛石IC的[敏感詞]步， 隨著增強(qiáng)型金剛石 MISFET 的發(fā)展， 帶動(dòng)了金剛石邏輯電路的研發(fā)。

射頻 FET：金剛石具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高載流子飽和速度等半導(dǎo)體特性， 為此， 金剛石的高頻、大功率器件也是金剛石電子學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。

金剛石上 GaN HEMT：金剛石的原子之間共價(jià)鍵極強(qiáng)， 使剛性結(jié)構(gòu)具有高振動(dòng)頻率，其德拜特征溫度高達(dá) 2200 K， 聲子散射較小，因此以聲子為媒介的熱傳導(dǎo)的阻力極小，其熱導(dǎo)率是銅的5倍，高達(dá) 2000 W/( m·K) 。寬禁帶半導(dǎo)體 GaN 微波電子學(xué)經(jīng)過近二十年發(fā)展已成為當(dāng)前的主流， 其熱管理的問題已成為其進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙， 為此超寬禁帶金剛石的導(dǎo)熱優(yōu)勢(shì)和 GaN 技術(shù)相結(jié)合成為發(fā)展下一代 GaN 微波電子學(xué)的必然， 同時(shí)也為正在發(fā)展的 Ga2O3電子器件等的熱學(xué)管理提供參考。金剛石材料可以作為功率電子器件的熱學(xué)管理的材料，并且向著大尺寸、低界面熱阻、高導(dǎo)熱等方向發(fā)展。

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隨著第三代半導(dǎo)體的大幅度應(yīng)用及5G時(shí)代的來臨，傳統(tǒng)的電子封裝熱管理材料乃至芯片材料面臨升級(jí)換代的巨大挑戰(zhàn)，近年來迅速崛起的先進(jìn)碳素及其復(fù)合材料，將在大功率、高頻光電子器件散熱領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，成為電子工業(yè)中理想的熱管理材料 ！(包括熱沉材料、封裝材料、基體材料等 )。

（圖片來自廣東工業(yè)大學(xué)王成勇教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

金剛石散熱襯底在 GaN 基功率器件：氮化鎵（ GaN）基功率器件性能的充分發(fā)揮受到沉積 GaN 的襯底低熱導(dǎo)率的限制，具有高熱導(dǎo)率的化學(xué)氣相沉積（ CVD）金剛石，成為 GaN 功率器件熱擴(kuò)散襯底材料的優(yōu)良選擇。相關(guān)學(xué)者在高導(dǎo)熱金剛石與 GaN 器件結(jié)合技術(shù)方面開展了多項(xiàng)技術(shù)研究，主要包括低溫鍵合技術(shù)、GaN 外延層背面直接生長金剛石的襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)、單晶金剛石外延 GaN 技術(shù)和高導(dǎo)熱金剛石鈍化層散熱技術(shù)。

GaN 外延層背面直接生長金剛石則具有良好的界面結(jié)合強(qiáng)度，但是涉及到高溫、晶圓應(yīng)力大、界面熱阻高等技術(shù)難點(diǎn)。單晶金剛石外延 GaN 技術(shù)和高導(dǎo)熱金剛石鈍化層散熱技術(shù)則分別受到單晶金剛石尺寸小、成本高和工藝不兼容的限制。因此，開發(fā)低成本大尺寸金剛石襯底，提高晶圓應(yīng)力控制技術(shù)和界面結(jié)合強(qiáng)度，降低界面熱阻，提高金剛石襯底 GaN 器件性能方面，將是未來金剛石與 GaN 器件結(jié)合技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。

（圖片來自西安電子科技大學(xué)張金風(fēng)教授Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

金剛石封裝半導(dǎo)體激光器

高功率半導(dǎo)體激光器工作時(shí)，有源區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，降低激光器輸出功率，縮短使用壽命。金剛石具有高熱導(dǎo)率特性，將其作為過渡熱沉將提高器件的散熱能力，減少熱阻，提高激光器輸出功率，延長激光器壽命。

金剛石拉曼激光研究：受激拉曼散射是一種重要的非線性光學(xué)效應(yīng),受激拉曼散射可實(shí)現(xiàn)所有入射光子的固定頻率位移，無相位匹配需求，是拓展激光的使用波段范圍重要技術(shù)。該方向研究成為激光技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。

金剛石作為一種性能優(yōu)異的晶體拉曼材料，具有已知晶體材料中[敏感詞]的拉曼頻移 1332.3 cm-1，其室溫下拉曼增益線寬約為 1.5 cm-1。金剛石的拉曼增益具有偏振選擇性 ，當(dāng)泵浦光偏振方向和金剛石晶體<111>方向平行時(shí)，其拉曼增益[敏感詞] (10 cm/GW@1 μm)，且輸出線偏振的拉曼光。金剛石具有超高的熱導(dǎo)率，其超快的熱耗散能力是金剛石晶體在高功率運(yùn)行下保持高拉曼增益不變并獲得高光束質(zhì)量激光輸出的關(guān)鍵。

常見激光拉曼晶體與金剛石比較

近年來隨著化學(xué)氣相沉積制備工藝的提高，使得人造金剛石的光學(xué)品質(zhì)得到快速提升，光學(xué)級(jí)的金剛石晶體因此也以其優(yōu)異的拉曼和布里淵特性表現(xiàn)出優(yōu)異的功率提升、相干性增強(qiáng)以及頻率轉(zhuǎn)換能力，并推動(dòng)金剛石激光器在極大程度上克服了基于傳統(tǒng)工作物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光器存在的熱效應(yīng)、以及波長和輸出功率難以兼顧的難題。

單晶金剛石3D封裝散熱基板：

當(dāng)追隨摩爾定律成為產(chǎn)業(yè)共識(shí)，More Moore的提出似乎又為芯片制造業(yè)的發(fā)展增添了些許亮色。一般來說，More Moore指芯片特征尺寸的不斷縮小，它包括兩方面：為提高密度、性能和可靠性在晶圓水平和垂直方向上繼續(xù)縮小特征尺寸;采用3D結(jié)構(gòu)等工藝技術(shù)以及新材料的運(yùn)用來影響晶圓的電學(xué)性能。

（圖片來自寧波材料所江南研究員Carbontech 2020 報(bào)告PPT）

電子封裝材料用于承載電子元器件及其相互聯(lián)線，主要起機(jī)械支持、密封保護(hù)、散熱和屏蔽等作用，對(duì)集成電路的性能和可靠性具有非常重要的影響。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路正向超大規(guī)模、超高速、高密度、大功率、高精度、多功能方向發(fā)展，因而對(duì)封裝材料提出了越來越高的要求。金剛石/銅、金剛石/鋁、金剛石/碳化硅、石墨/銅等多體系高性能封裝材料的研發(fā)，對(duì)促進(jìn)電子封裝材料朝小型化、高性能、高可靠性和低成本方向發(fā)展具有重要意義。

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金剛石材料及激光加工技術(shù)：相比于其他材料，金剛石具有高電阻率和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、低介電常數(shù)、低熱膨脹等特點(diǎn)應(yīng)用于熱管理可滿足飛速發(fā)展的電子工業(yè)中高密度、高集成度組裝發(fā)展的要求激光加工可實(shí)現(xiàn)金剛石微結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量加工是當(dāng)前國內(nèi)外重點(diǎn)研究的先進(jìn)制造技術(shù)。

金剛石襯底的磨拋加工技術(shù)

半導(dǎo)體器件主要有集成電路、功率器件、光電子器件和傳感器等，功率器件廣泛應(yīng)用于航空航天、[敏感詞][敏感詞]、電力能源、軌道交通、信息物聯(lián)。半導(dǎo)體晶圓是半導(dǎo)體器件的載體，半導(dǎo)體襯底是半導(dǎo)體晶圓的載體。襯底是半導(dǎo)體器件外延的基體，直接決定了器件的質(zhì)量和使用性能。

超精密加工

超精密加工的對(duì)象一般都是小尺寸的金剛石材料，對(duì)產(chǎn)業(yè)化而言成本過高，不利于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。要使金剛石成功應(yīng)用于功率器件的散熱并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，良好表面質(zhì)量的大尺寸晶圓級(jí)散熱基底材料的獲得是一個(gè)關(guān)鍵。此外，隨著金剛石襯底上電路集成度的增加，對(duì)其表面質(zhì)量的要求也將逐漸提高，表面粗糙度將會(huì)向埃米級(jí)甚至更小的方向發(fā)展，表面翹曲達(dá)到 5 μm甚至更小。

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