近日，厦门大学张洪良教授课题组和化合积电在高起点新刊Electron发表了题为“Recent progress on heteroepitaxial growth of single crystal diamond films”的综述文章。
文章探讨了单晶金刚石薄膜异质外延生长的原理、挑战、结构和电子性质及潜在应用，并指导了该新兴领域的未来研究方向。文章指出，金刚石是一种具有卓越物理和化学性质的终极半导体材料，拥有超宽带隙、出色的载流子迁移率、极高的热导率以及稳定性。这使其在包括电力电子、散热、传感器和光电器件在内的多种应用中极具吸引力。然而，生长出大尺寸且高质量的单晶金刚石薄膜是一大挑战，这对于充分发挥这种神奇材料的潜力至关重要。异质外延生长是一种有望实现大尺寸（可达3英寸）且电性能可控的单晶金刚石晶片的有前景的方法。本综述概述了使用微波等离子体辅助化学气相沉积进行金刚石异质外延的最新进展，包括异质外延生长的机制、衬底的选择、薄膜优化、化学缺陷及掺杂。此外，文章还讨论了近期在器件应用领域单晶金刚石薄膜异质外延生长的研究进展，并对其研究前景进行了展望。
由于单晶金刚石具有卓越的特性，在各类电子行业，特别是大功率、高频、高温应用中的潜在应用，其异质外延生长已引起了广泛关注。尽管金刚石与异质衬底之间存在晶格和热失配带来的挑战，但近年来已取得了显著进展。MPCVD技术的发展使得能够在合适的衬底上合成高质量金刚石晶圆。由于Ir衬底与金刚石的晶格匹配度高且能在高温下保持稳定，已成为金刚石异质外延的有前景的候选材料。Ir(001)衬底的外延生长和表面预处理方法的进步促进了原子级平坦台阶的形成，从而促进了金刚石薄膜的成核和初始生长。
最近的研究表明，已成功在各种衬底上，尤其是Ir/蓝宝石衬底上，实现了单晶金刚石薄膜的异质外延生长，为金刚石在电子行业中的潜在应用铺平了道路。异质外延金刚石SBD和 FET的实现，证明了这项技术在电子设备中的可行性。不过，仍需进一步研究以应对其他挑战，如提高晶体质量、增加薄膜厚度和实现大面积生长。此外，探索替代衬底和优化生长条件可能会带来更高效和更具成本效益的工艺。随着对高性能电子设备的需求持续增长，单晶金刚石薄膜的异质外延生长前景广阔。随着合成技术的进步和对生长机制的深入理解，异质外延金刚石可能会彻底改变电子行业，并推动利用金刚石卓越特性的各种应用的发展。
化合积电(厦门)半导体科技有限公司是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基异质集成复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级)和氮化铝薄膜(金刚石基氮化铝、硅基氮化铝和蓝宝石基氮化铝)等，并可根据客户要求提供定制化服务，应用于5G基站、激光器、医疗器械、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。公司始终瞄准宽禁带半导体材料技术最前沿，与海内外诸多著名公司及科研机构常年保持密切技术交流与合作，坚持突破、创新、领先，深入前沿科技的关键技术攻关，高瞻远瞩部署产业链上下游，构建产业发展战略联盟体系，主导行业发展的重要趋势和方向，大力推动金刚石和氮化铝等宽禁带半导体材料的产业化和规模化发展，秉持“大尺寸、低成本、高品质”的理念。
