Advent Diamond 联合创始人兼首席执行官 Manpuneet Benipal表示,Advent Diamond正在开发的创新型金刚石辐射探测器为国防、商业和科学市场提供了变革性的解决方案。通过利用掺杂和本征半导体金刚石层,这些探测器在探测高能粒子辐射方面具有卓越的辐射硬度和噪声抑制能力。这些探测器用途广泛,从紫外线和阿尔法粒子到 X 射线和质子,彰显了Advent Diamond的技术实力。
Benipal指出,目前Advent Diamond已有 1 到 2 英寸的镶嵌金刚石晶片,并正在努力将晶片尺寸扩大到 4 英寸。然而,缺陷密度仍然是一个关键问题,大多数晶片的缺陷约为 108个/平方厘米或更高。他表示,必须将缺陷降低到 103缺陷/平方厘米,才能实现预期性能。
为了应对这些挑战,有关机构正在资助可扩展的金刚石技术项目,强调开发高质量的材料和先进的半导体器件。在全球范围内,研究小组正致力于改进二极管、晶体管和集成电路等金刚石器件结构。这项合作旨在推动金刚石半导体进入主流应用领域,提高关键领域的性能和可靠性。
“Advent Diamond 正在引领成熟的掺杂 [p 型和 n 型] 和本征金刚石材料层的开发,以及由这些优质金刚石层制成的组件/设备,用于电气化、电信和量子技术的应用,” Manpuneet Benipal说,“金刚石表现出卓越的电气和材料特性,超越了 GaN 和 SiC,我们的目标是将这些特性转化为卓越的半导体器件性能。我们的愿景是将具有无与伦比的规格和性能的金刚石半导体器件引入商业市场,刺激电气化、电信和量子应用领域的创新。我们特别重视表面处理,例如反应离子蚀刻和与金刚石兼容的化学机械抛光,以减少缺陷、增强界面、提高均匀性和结晶度,并在不同厚度的掺杂和本征金刚石层中保持受控的掺杂浓度。这种方法可确保创建高性能的金刚石半导体器件、辐射传感器和量子材料/器件,以供广泛的商业应用。Advent Diamond 有望成为第一个将金刚石 RF 二极管和其他突破性半导体器件推向市场的公司。”
在美国,还有一家名为Akhan Semiconductor的公司也在致力于金刚石半导体材料的研发,其成立于2007年,早在2013年左右就获得了美国能源部阿贡国家实验室开发的突破性低温金刚石沉积技术的独家金刚石半导体应用许可权。
这项技术可以在低至 400 摄氏度的温度下在各种晶片基底材料上沉积纳米晶金刚石。来自阿贡的低温金刚石技术与 Akhan 的 Miraj Diamond 工艺相结合,打破了半导体行业中金刚石薄膜的使用仅限于 p 型掺杂的障碍。
Akhan在后续正式宣布了自己的Miraj Diamond平台,它开发了一种申请专利的新工艺,其中在硅上创建 n 型金刚石材料,具有以前未证实的特性,例如 250 meV(a) 的浅电离能、高载流子迁移率(纳米晶金刚石薄膜中大于 1000 cm2/Vs)、无石墨相以及低压大电流二极管器件应用中先前未证实的性能(+2V 正向偏压时电流密度为 900(b) A/mm2)。
2021年8月,Akhan又宣布开发出首款将 CMOS 硅与金刚石基板结合在一起的 300 毫米(12 英寸)晶圆,取得了阶段性的里程碑。
Akhan的创始人兼首席执行官Adam Khan在今年1月成立了新公司Diamond Quanta,该公司专注于半导体领域,目的是利用金刚石的优异特性为电力电子和量子光子设备提供先进的解决方案。
Diamond Quanta在5月宣布,其拥有的“统一金刚石框架”有利于真正的取代掺杂。这项创新技术将新元素无缝地融入钻石的结构中,赋予钻石新的特性,同时又不破坏其晶体完整性。因此,金刚石(一种传统上以其绝缘特性而闻名的材料)已转变为能够支持负(n 型)和正(p 型)电荷载流子的高性能半导体。这种迁移率水平表明金刚石晶格非常干净、有序,并且由于成功实施了减轻载流子传输缺陷影响的共掺杂策略,散射中心得到了有效钝化。此外,掺杂过程通过修正位错来细化现有的金刚石结构,从而提高材料的导电性。这些进步不仅保留而且增强了金刚石结构,避免了常见的缺陷,例如明显的晶格畸变或引入通常会降低迁移率的陷阱态。
“启动 Diamond Quanta 并开发这种先进的掺杂工艺是必要的。电子、汽车、航空航天、能源等行业一直在寻找一种半导体技术,能够应对其技术扩张不断变化的需求所带来的日益增长的压力。”Diamond Quanta 创始人兼首席执行官 Adam Khan 说道。“我们的技术不仅仅为寻求提高半导体效率的行业提供替代材料;我们正在推出一种全新材料,它将重新定义性能、耐用性和效率的标准,它将在无缝地为现代时代日益沉重的负载提供动力方面发挥不可或缺的作用。”
写在最后
与国外相比,虽然目前国内的金刚石产量较高,但在功能性应用的领域,尤其是对金刚石材料的开发,还处在较为落后的阶段。
西安电子科技大学芜湖研究院副院长王东曾在报告中提到,国内金刚石发展大而不强,在高端装备、电子级材料等众多领域处于落后。在CVD金刚石研究领域,从专利分布来看,美国、欧洲、日本的研究处于领先地位,我国发展相对缓慢,原创性研究偏少。
即便是国外,在量产商用这一材料上也还有很多的路要走,但我们相信,在各方的共同推动下,具备各种优异特性的金刚石材料在未来会得到进一步发展,帮助半导体材料领域迈出至关重要的一步。