金刚石被称为“终极功率半导体”，与新一代功率半导体碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)相比，金刚石半导体具有高硬度、高弹性模量、超过2000 W/(m·K)的高导热率，高载流子迁移率（电子迁移率为4500cm² /(V.S)；空穴迁移率为 3800cm² /(V.S)）， 高击穿电场，高载流子饱和漂移速度和低介电常数（5.7）等优异性能，是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最具潜力的材料。
用于功率器件的宽禁带半导体材料品质因子
近年来，海外企业加速推进金刚石器件开发。法国Diamfab面向电动汽车开发金刚石二极管、MOSFET和电容器等，相较于SiC，金刚石将减少3倍能量损失，芯片尺寸可缩小4倍；金刚石器件较于SiC基器件，将无源元件体积减少四分之一。日本精密零部件制造商Orbay与车载半导体研究公司Mirises Technologies联合通过垂直电源设备开发车内金刚石功率器件，瞄准广阔的电动汽车市场。未来，金刚石功率半导体将释放巨大市场潜力。
但功率电子器件的应用，急需高质量的 CVD 单晶金刚石晶圆， 因其可承受很高的电场、具有相对较高的生长速率和低缺陷密度。当前制造直径2英寸的单晶金刚石晶圆仍然是金刚石半导体电子领域的主要挑战。国际上通常采用同质外延生长和异质外延生长两种途径来制备高质量大尺寸单晶金刚石。
第一种是同质外延法。通过同质外延生长虽然可以复制衬底的晶体结构获得高质量的单晶外延层，但受到金刚石晶种尺寸的限制，难以满足半导体技术对金刚石尺寸的要求。即使基于马赛克拼接法克服了晶种尺寸的限制，但在拼接的小尺寸金刚石单晶体上也存在拼接缝隙、界面位错和缺陷等问题，影响外延单晶金刚石晶片质量。
第二种是异质外延法。对于金刚石异质外延，必须满足两个主要要求，即找到最佳衬底和适当的成核方法，即使用负直流电压的偏压增强成核 (BEN)是最强大的成核技术，而铱（Ir)是无可比拟的衬底材料。
研究人员实验了各种衬底材料（Si、SiC、Cu、Ni、Re、TiC），与铱相比，在这些替代衬底上，外延金刚石晶粒的密度明显较低，并且它们的取向分布更宽。因此，即使延长生长时间也从未将外延膜变成真正的单晶金刚石。
20 世纪 90 年代后期，开始采用铱薄膜上金刚石单晶异质外延生长技术。至2017年，德国奥格斯堡大学在金属铱衬底上生长的单晶金刚石晶圆直径达到92 mm。
德国奥格斯堡大学异质外延生成金刚石单晶（未抛光）
近年来，日本研究机构在金刚石的半导体应用方面走在了前列。Orbray株式会社开发出阶梯生长技术，以蓝宝石（Sapphire）为衬底，倾斜的铱（Ir)作为过渡层，异质外延生长（Heteroepitaxial Growth）单晶金刚石晶圆，如今已经成功制造出直径为2英寸的金刚石晶圆，未来目标是实现 4 英寸和 6 英寸生长。
Orbray阶梯式生长方式
化合积电聚焦金刚石功率半导体材料的研究和开发，日前通过异质外延法，在蓝宝石衬底上成功实现高质量铱单晶薄膜生长。利用高质量铱单晶薄膜，将有效提高单晶金刚石的生长质量，对于制备高质量大尺寸单晶金刚石半导体材料具有重要意义。化合积电现对外发售高品质铱单晶薄膜，加速推进大尺寸的金刚石半导体材料制备，欢迎进行询价采购。
产品参数
Product parameter
检测结果
Detection result
单晶铱SEM图（567X)
