单晶金刚石具有超宽的禁带宽度、低的介电常数、高的击穿电压、高的热导率、高的本征电子和空穴迁移率,以及优越的抗辐射性能， 使其成为目前已知的最有前景的宽禁带高温半导体材料， 号称“终极半导体”材料。但单晶金刚石在半导体上的大规模应用还有很多技术难题急需解决。
应用于半导体领域或是集成电路的金刚石需要具备一定的形状和面型精度，而晶体的微波等离子体化学气相沉积制备、晶圆切割和研磨抛光是单晶金刚石衬底制备过程的关键工序。实现这些工序，获得高质量的单晶金刚石衬底正面临诸多技术难题， 例如：1)化学气相沉积金刚石材料需达到英寸级大晶圆面积。 2)单晶金刚石在籽晶上生长后要能自由切割并剥离成片。3)单晶金刚石研磨抛光后的表面粗糙度和面型精度要能满足半导体衬底的要求。因此，如何制备出英寸级的大尺寸单晶金刚石， 并高效地剥离切片和研磨抛光， 是单晶金刚石作为“终极半导体”能够获得广泛应用的关键。
理论上讲，只要能够获得足够尺寸的衬底，就可以制备出相应尺寸的单晶金刚石。根据衬底种类不同， CVD 法沉积金刚石可分为异质外延和同质外延。由于高质量的单晶金刚石衬底很难获得，因此， 选择一种合适的异质衬底进行外延生长单晶金刚石，无疑是制备英寸级单晶金刚石的最优选择。
1976 年， Derjaguin 等实现了在非金刚石衬底上制备金刚石；1990 年， Koizumi 等在 c-BN衬底实现了异质外延金刚石生长。提高形核密度、选择合适的异质衬底是成功实现金刚石异质外延生长的关键因素。提高形核密度的主流工艺主要有以下两种：1)Yugo 等在 1991 年最先提出的偏压增强形核技术；2） 离子辐照技术。在衬底选择方面，经过研究人员长期的探索， Ir 被认为是一种最优的选择，是目前唯一可实现高质量、大尺寸异质外延制备金刚石的衬底材料。
通过研磨去除生长过程中的单晶金刚石边缘产生的多晶金刚石后再重复生长，是目前市面上获取大尺寸单晶金刚石的主流方法。但受制于各种加工因素，三维生长法并不是一个最优选择。法国巴黎大学的Findeling-Dufour 等研究了籽晶晶向对表面生长状态的影响和连接处晶体属性的问题，不仅得到了形态质量良好的大尺寸单晶金刚石，而且得出了采用结晶特征基本完全相同的籽晶进行马赛克拼接生长更容易获得单晶金刚石外延层，在世界范围内掀起了利用马赛克拼接法制备大尺寸单晶金刚石的热潮。
将 CVD 金刚石层从籽晶上剥离出来，需要利用到离子注入。使用激光切割方法分离外延层时， 会损耗掉一部分的金刚石，且损耗的比例随着金刚石片的尺寸增加而变大。离子注入技术预先使用高能粒子对衬底进行轰击，在预先抛光过的金刚石籽晶表面之下约几百纳米处形成非金刚石相，损伤层深度由注入的离子能量决定。经过离子注入的金刚石籽晶继续利用同质外延技术生长单晶金刚石， 随后利用电化学腐蚀技术将非金刚石相去除，达到分离衬底的目的。
CVD 沉积后的大尺寸单晶金刚石经过激光切割、 离子注入剥离等后处理工艺后，常因表面质量达不到要求而限制发挥其原有的性能。利用切割后的金刚石制备半导体器件时，要求两个表面必须平坦光滑，具有极高的面型精度和极低的粗糙值，保证接触面积足够大提高导热效果。由于制备机理的限制，处理后的单晶金刚石表面粗糙度会增大到几微米甚至几十微米，往往还会产生较为明显的翘曲现象，因此必须采用精密加工的方式将粗糙度降到纳米量级，达到一定的面型精度，才能投入使用。随着科技进步，各种材料去除机制也得以发展，目前提出的大尺寸单晶金刚石抛光技术还有紫外辅助抛光、溶胶凝胶柔性抛光等。
化合积电拥有世界领先的研发实力，规模化的生产能力以及卓越的匠心品质。专注于半导体研究，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，拥有完善的自主知识产权体系。化合积电目前推出的产品有晶圆级金刚石，金刚石热沉片，金刚石和氮化镓异制集成等。
