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郑州华晶金刚石股份有限公司

日本,发售金刚石晶圆

关键词 金刚石晶圆|2025-06-04 16:40:46|来源 Carbontech
摘要 近日,日本EDP公司正式宣布开始发售1英寸金刚石单晶晶圆产品(直径25mm,厚度0.05~1mm),在高性能半导体材料商业化进程中迈出了关键一步。该晶圆采用CVD(化学气相沉积)工...

       近日,日本EDP公司正式宣布开始发售1英寸金刚石单晶晶圆产品(直径25mm,厚度0.05~1mm),在高性能半导体材料商业化进程中迈出了关键一步。

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       该晶圆采用CVD(化学气相沉积)工艺制备,面向高功率、高频、高耐辐射等场景下的电子器件开发。此前,EDP已成功推出30×30mm的大尺寸单晶金刚石基板,而此次晶圆产品的正式发售,是其产品链从衬底向制程适配材料体系延伸的重要节点。这一动作反映了日本材料产业向下一代宽禁带半导体材料转型的明确路径,也成为观察全球金刚石晶圆产业链发展现状与格局的关键窗口。

       金刚石因其极高的热导率(>2000 W/m·K)、极宽的带隙(5.5 eV)、高载流子迁移率、低介电常数与极高的击穿电场(约10 MV/cm)被视为“终极半导体材料”。但受限于晶体生长难度与成本居高不下,长期以来其应用仍局限于研究与极少量器件开发。

       EDP此次开始发售的1英寸CVD单晶晶圆,具备较高晶体质量(XRD摆动曲线半高宽10~50 arcsec)、低氮掺杂浓度(<8 ppm)、可控厚度(0.05–1mm)和(100)晶面,显然面向的是已具备试制能力的功率器件或量子器件开发厂商。这种规格恰好填补了传统5×5mm、10×10mm方形基板在现代晶圆制程体系中的局限。该公司表示,在相同晶圆面积下,1英寸晶圆的有效器件数量可比12.5mm(半英寸)的晶圆提高4倍以上,同时更适用于标准圆片制程,显著提高封装兼容性与良率评估效率。

       更为关键的是,EDP并未止步于1英寸的产品节点,该公司明确指出,已制定2英寸(50mm)马赛克晶圆的开发路线图,目标在2025年年底前实现产品化。

       EDP并非孤例。在全球范围内,金刚石晶圆仍处于研发验证与工程化初期,领先企业主要分布在美、日、中三国,其中Element Six(隶属于戴比尔斯集团)和日本住友电工在晶体生长和材料纯化方面具备深厚技术积累。

       Element Six 是当前全球最大的 CVD 金刚石材料供应商之一,其电子级金刚石材料广泛应用于量子计算、粒子探测器、高频通讯器件等领域。据其官网公开资料,其电子器件级单晶产品最高尺寸约为10×10mm。住友电工则通过 HPHT 与 CVD 的复合工艺持续推进材料端优化,优势在于高一致性与批次控制。

       在国内方面,国机精工通过控股的国机金刚石与郑州三磨所,推进MPCVD设备国产化及高导热单晶/多晶金刚石材料布局,聚焦热管理、光学窗口、功能电极等特种应用方向。2024年公司在新疆投建了年产400台高功率MPCVD设备的中试与产业化平台,目标之一即是电子级晶圆化应用。四方达近年来加速CVD金刚石材料布局,聚焦于散热片、高强度涂层和部分微结构器件开发。黄河旋风已进入培育钻石和CVD金刚石合成技术领域,积极推动大单晶设备与分选加工系统的研发,并提出发展金刚石功能材料产业集群的规划。沃尔德深耕高端刀具超硬材料精密加工,在金刚石磨削、涂层技术方面具备系统优势,虽未大规模进军晶圆业务,但在技术工艺与应用延伸方面形成了良好基础。

       值得注意的是,当前流通市场上2英寸CVD金刚石晶圆大多为马赛克拼接而成,其均匀性和晶界问题制约了其在高压、大电流应用场景下的推广。而EDP此次开始发售的完整单晶1英寸圆片恰好在该维度上实现超越。

       要实现金刚石晶圆从研发到量产的突破,单一技术或企业无法完成闭环,其背后需要完整的产业体系支持。从晶种、反应器、气源系统、退火/抛光处理、表征测试、应用验证等各环节,缺一不可。EDP之所以能够实现产品发售,得益于日本材料产业长期深耕基础装备制造与电子级材料评价体系的结果。反观中国市场,尽管具备庞大的资本投入能力与下游应用需求,但材料评价体系、上游设备稳定性与基础研究基础尚有短板。

       在政策层面,随着第三代半导体与类脑计算、量子信息等战略赛道的推进,国家层面已明确鼓励碳基宽禁带材料的发展。地方政府如新疆、河南、山东等地亦陆续出台专项扶持政策,加速金刚石产业集群落地。2024年起,多个地方园区启动金刚石装备、高品级原料、晶圆后处理平台的共建计划,形成“装备先行+材料突破+应用牵引”的生态式推进模式。

       EDP开始发售1英寸金刚石单晶晶圆的动作,在全球范围内率先把晶圆级产品推进到可销售状态,虽然尺寸尚未达到2英寸以上的制程普适门槛,但已显著缩小研发与市场之间的“验证鸿沟”。

       对我国而言,从金刚石的功能化、散热应用、窗口片,到最终走向2英寸甚至4英寸的电子级晶圆,其路径必须同时解决“高质量晶种+反应器均匀性+后处理体系+应用验证”四重挑战。未来几年,谁能率先完成这些关键节点的串联与标准化,谁就有可能在这场被誉为“碳基半导体皇冠”的材料竞赛中抢占先机。

 

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