近年来,金刚石半导体因其卓越的热导率、宽禁带、高电子迁移率等优异特性,成为新一代高功率电子器件和射频器件的重要材料。随着功率电子、5G通信、先进雷达系统及新能源汽车的发展,对高性能半导体材料的需求日益增长,推动了金刚石半导体产业的技术突破和产业化进程。
在这一背景下,中国金刚石半导体产业链正快速崛起,涌现出一批具备技术优势的企业,涵盖了从金刚石单晶生长、晶圆制备到器件制造的完整生态。黄河旋风、中南钻石、郑州华晶、力量钻石、国机精工等企业在金刚石材料制备方面持续创新,精工锐意、三超新材等公司在半导体加工设备和应用端发挥重要作用。本文将盘点国内金刚石半导体行业的主要企业及其最新动态,解析市场趋势和未来发展方向。
以下众多企业将和华为、蔚来、东风汽车、中兴通讯、爱国者、慕德微纳、元素六、沃尔德、普莱斯曼、宁波晶钻、左文科技、天科合达、英诺激光、特思迪、科猛碳极、英谷激光、长沙埃福思、杭州银湖激光......等企业一起参与2025(第五届)碳基半导体材料与器件产业发展论坛(4月10-12日 浙江宁波),共同探讨金刚石+半导体的低成本应用前景(消费电子、汽车、机器人、无人机)。(详情见文末)
中南钻石股份有限公司
中南钻石成立于1981年,是中国兵器工业集团河南中南工业有限责任公司(原河南中南机械厂)的控股子公司。据了解,该公司是全球最大的人造金刚石、立方氮化硼制造商之一,目前其人造金刚石生产能力已达到60亿克拉。
在产业动态方面,2023年2月,中南钻石提出了一种用于提高CVD单晶金刚石生长数量的制造方法。通过优化生长过程,解决了单次生长数量少、效率低的问题,为单晶金刚石的工业化生产提供了稳定保障。2024年12月,中南钻石与中国电科第十三研究所合作,在《物理学报》发表了题为“MPCVD法制备高浓度金刚石NV色心及其性能研究”的论文。研究表明,通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,可在金刚石中定量掺杂高浓度氮元素,经过电子辐照后,NV色心浓度显著提高,展现出良好的量子磁探测性能。同月,中南钻石申请了一项名为“一种用于量子应用研究的CVD高氨单晶金刚石及其生长方法与应用”的专利。该技术通过精确控制CVD生长条件,在高氨环境下实现了高质量单晶金刚石的生长,为量子应用领域提供了新契机。
河南黄河旋风股份有限公司
黄河旋风成立于1979年,并于1998年在上交所上市。公司主要产品有超硬材料(人造金刚石、金刚石微粉等)、金刚石制品、UDS系列金刚石压机等。在产能方面,黄河旋风人造金刚石年生产能力达15亿克拉,是国内最大的金刚石生产基地。
2024年5月,黄河旋风成功研发出直径2英寸、厚度0.3mm至1mm的多晶金刚石热沉片,热导率超过2000 W/m·K,达到金刚石的理论热导率值。经过双面抛光处理,表面粗糙度Ra小于4nm,翘曲度低于2μm,性能优于国外同类产品。11月,黄河旋风与厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院共同成立了集成电路热控联合实验室,旨在针对5G/6G、人工智能以及相控阵雷达领域的芯片散热问题,开展基于金刚石材料的集成散热应用创新研究。
河南省力量钻石股份有限公司
力量钻石成立于2010年,是一家专业从事培育钻石和超硬材料研发、生产制造的高新技术企业。目前公司已形成金刚石单晶、金刚石微粉、培育钻石三大核心产品体系。
2025年1月15日,力量钻石与台湾捷斯奥企业有限公司合作的半导体高功率散热片金刚石功能材料研发制造项目正式建成投产。据了解,该项目旨在研发和生产大尺寸、高性能的金刚石散热片,以满足高功率半导体器件的散热需求。此外,力量钻石成功研发出用于IC芯片加工的八面体金刚石,拥有全系列核心技术知识产权,并取得了5项相关专利。该产品可应用于半导体制造过程中的化学机械平坦化(CMP)工艺,有助于提升芯片加工的精度和效率。
在业绩方面,2024年上半年,力量钻石实现营业收入约3.81亿元,同比增加5.53%;归属于上市公司股东的净利润约1.48亿元,下降13.95%。其中,金刚石单晶业务实现营收1.44亿元,同比增长38.35%,占公司营收比重提升至37.83%。
河南四方达超硬材料股份有限公司
四方达成立于1997年,专注于聚晶金刚石(PCD)及相关制品的研发、生产和销售。2023年4月,四方达控股子公司天璇半导体与郑州经开区管委会签订协议,计划投资7亿元建设年产70万克拉功能性金刚石的批量化产线,预计于2025年上半年逐步进入试生产阶段。2025年1,天璇半导体与深圳市汇芯通信技术有限公司签署《战略合作协议》,双方将在设立联合实验室、CVD金刚石在通信中高频器件应用领域开展深入合作。
在业绩方面,2024年第四季度四方达实现营收1.26亿元,同比下降7.05%,环比下降7.04%;归母净利润2363.58万元,同比下降15.35%,环比下降23.80%;扣非净利润3308.08万元,同比增长101.47%,环比增长23.12%。
国机精工集团股份有限公司
国机精工成立于2001年,隶属于世界500强中国机械工业集团有限公司(国机集团),经营范围包括轴承制造、销售,轴承、齿轮和传动部件制造,高铁设备、配件制造、销售等。
3月25日,国机精工公告,下属国机金刚石(河南)有限公司拟投资3.8亿元在新疆哈密市设立国机金刚石晶源创科(新疆)有限公司,并投资3.78亿元,购置精工锐意科技(河南)有限公司自制的高功率MPCVD设备400台,并购置激光切割机、氢气发生器等配套设备,建设功能性金刚石材料中试及产业化生产线。
宁波晶钻科技股份有限公司
晶钻科技成立于2013年,是国内专业致力于CVD大尺寸单晶金刚石工业化生产及高端应用的高新技术企业。公司主要从事英寸级CVD大单晶金刚石材料、生产装备、工艺装备及与金刚石相关器件的研发、生产、销售。主要产品有英寸级CVD大单晶金刚石,CVD培育钻石及高端MPCVD装备,超精密金刚石刀具等。
晶钻科技目前已量产2英寸CVD单晶金刚石。2023年底,公司成功制备出3英寸CVD单晶金刚石,目前也已稳定批量化生产。2024年8月产品再次升级,尺寸突破3.35英寸,并正在向4英寸以上单晶金刚石制备发起冲刺。
南京三超新材料股份有限公司
三超新材成立于1999年,2017年在深圳创业板成功挂牌上市。是一家专业从事金刚石、立方氮化硼工具的研发、生产与销售的高新技术企业,现拥有金刚石砂轮和金刚石线两大类相互协同的产品系列,应用于硅、蓝宝石、石英、铁氧体、钕铁硼、陶瓷、玻璃、硬质合金等硬脆材料的精密切割、磨削与抛光。
公司成为国内最早通过自主研发掌握金刚线制造的相关技术,成功实现产业化的企业之一,并且打破了国外企业的技术垄断,与新研发成功的硅片背面减薄砂轮、硅片倒角砂轮、PAD修整器等产品,为半导体及太阳能光伏行业提供了优质的金刚石工具。
湖南新锋科技有限公司新锋科技成立于2019年,由中南大学教授魏秋平领导,专注金刚石功能材料在电化学、热学、半导体等领域的创新研发。通过化学气相沉积技术,使含硼、碳气体为主的原料在高温下裂解,碳原子、硼原子在基体表面沉积成膜,实现大尺寸金刚石电极的制造和批量生产。目前公司与国内中国航天、中国石油、中国石化、中核等企业达成深度合作。
在产业方面,新锋科技在宁乡高新区投资10亿元新建总部及智能制造基地,主要用于生产基于CVD金刚石核心平台技术衍生的多类型产品。项目全面建成达产后,预计新增年产值10余亿元。
深圳有德金刚石新材料科技有限公司
有德金刚石成立于2021年,是一家从事MPCVD技术研发和MPCVD长晶设备、MPCVD大单晶金刚石的制造及生产为主的新材料科技公司。公司将在2023-2025年建设一条年产50万克拉培育金刚石的生产线。
日前,有德金刚石取得了新突破——成功缩减了热沉片晶圆体的生长周期,并进一步提升晶圆体尺寸,在产业化进程中迈入了新的发展阶段。
化合积电(厦门)半导体科技有限公司
化合积电专注于宽禁带半导体衬底材料和器件的研发、生产和销售,公司主要产品包括晶圆级金刚石衬底、金刚石热沉片、GaN on Diamond 、Diamond on GaN、硅基氮化铝、蓝宝石基氮化铝、金刚石基氮化铝等。公司在厦门建设有超3000平方米生产基地,目前金刚石和氮化铝核心产品已实现规模化生产。
郑州华晶金刚石股份有限公司
郑州华晶成立于2004年,是一家集超硬材料及其制品产业链专业研究、生产和销售为一体的企业。公司掌握人造金刚石相关产品的合成工艺、设备、原辅材料的核心技术和自主知识产权,系列产品主要包括人造金刚石单晶(含金刚石普通单晶、大单晶金刚石)及原辅材料、培育钻石饰品。
新疆润晶科技有限公司
润晶科技是一家研发大尺寸金刚石单晶,产品用于集成电路、激光器、高速电子器件等的高科技公司。3月4日,润晶科技建设的年产10亿克拉人造金刚石项目生产线首批产品在哈密高新技术产业开发区南部循环经济产业园下线,新疆首条金刚石生产线正式建成投产。
新疆碳基芯材科技有限公司
碳基芯材成立于2024年,拥有全球领先的第六代超高压合成装置和纳米级金刚石涂层技术。
近日,碳基芯材先后与新疆疏附广州工业城(园区)管理委员会和新疆和田地区皮山县签约,计划在金刚石8英寸单晶衬底、金刚石量子传感器以及金刚石基GaN功率器件等领域取得突破,此外,还和莎车县正式达成战略合作,将建设总投资超30亿元的人造金刚石现代化生产基地。
除上述企业外,中国金刚石半导体产业链加速布局,从金刚石单晶制备、复合超硬材料研发,到下游精密加工和器件应用,众多企业正在推动行业向高端化、规模化方向迈进。
在金刚石单晶合成领域,晶日金刚石工业有限公司作为国内最早从事人造金刚石生产的国有企业之一,自1974年起便深耕该领域,产品已广泛应用于超硬材料、精密加工及半导体制造环节;山东昌润钻石股份有限公司依托省级企业技术中心,持续优化人造金刚石材料性能,以提升其在高端半导体市场的竞争力;湖北鄂信钻石材料有限责任公司凭借多年技术积累,在复合超硬材料的合成与应用方面取得突破,推动其在电子制造、芯片封装等领域的应用。
而在复合超硬材料及精密工具领域,郑州新亚复合超硬材料有限公司深度参与行业标准制定,其高品质金刚石复合材料广泛用于半导体精密切割和加工;深圳市海明润超硬材料股份有限公司则专注于聚晶金刚石复合片生产,凭借稳定的产品性能,为半导体制造中的微细加工提供解决方案;
此外,在超硬材料制品和技术创新方面,安泰科技股份有限公司聚焦先进金属材料及人造金刚石工具,积极拓展金刚石半导体产业链应用;郑州磨料磨具磨削研究所有限公司(三磨所)作为国内磨削技术的核心研发机构,长期专注于超硬材料的合成与加工技术研究,为金刚石半导体行业提供技术支撑;河南富耐克超硬材料股份有限公司凭借稳定的产品质量,成功将高端超硬材料产品推向全球市场,提升国产金刚石材料在国际产业链中的竞争力。
除了上述的企业,中国石油化工股份有限公司跨界布局金刚石。
3月27日,中国石化申请了一项名为“一种 CVD 金刚石自支撑膜及其制备方法”的专利。专利摘要显示,所提供的CVD金刚石自支撑膜厚度为毫米级,为多层复合结构,由金刚石相含量高的增硬层和金刚石相含量较低、石墨相含量较高的增韧层交替排列而成。本发明所提供的 CVD 金刚石自支撑膜制备方法是在基底上交替沉积增硬层和增韧层,通过在热丝沉积系统中间歇性引入氧元素,利用氧对石墨相碳的定向刻蚀作用,有效减缓热丝积碳现象,实现了系统的长时间稳定沉积,同时净化 CVD 金刚石,细化晶粒,提高其力学性能。本发明的 CVD 金刚石自支撑膜具有良好的硬度及韧性,可作为切削元件用于石油钻探等地质勘探领域。
在政策支持和市场需求双重驱动下,这些企业正围绕金刚石半导体材料的高纯度制备、异质集成、器件可靠性提升等关键环节不断突破,使中国金刚石半导体产业链日趋完善,并在全球范围内形成新的竞争格局。