MPCVD单晶金刚石在半导体产业、光学领域中的应用

金刚石，由碳元素组成的，是碳的同素异形体，分为单晶和多晶。单晶金刚石具备许多优异的物理化学性能，如高硬度、高热导率、高化学稳定性、高光学透过性、极宽的禁带宽度、负的电子亲合性、高绝缘性和良好的生物兼容性等，在半导体、光学领域展现出巨大的应用潜力。

一、半导体产业应用

1.芯片衬底

自20世纪50年代开始，以硅(Si)、锗(Ge)为主的第一代半导体材料使用至今已有70余年，时至今日，仍有95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路由硅材料制作，但因硅自身的物理性质缺陷，限制了其在高频功率器件上的应用。而以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料虽然在二十世纪末风靡一时，但因其价格昂贵，且具有毒性，使得其应用受到很大的局限性。现如今，以金刚石、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等为主的具有超宽带隙特性的第三代半导体材料已成为国际竞争的热点。三代半导体材料性质对比如下：

由以上数据可以看出，作为第三代半导体材料中的佼佼者，金刚石材料具备高热导率、高击穿电场、高载流子迁移率、高载流子饱和速率和低介电常数等优异的特性，满足现代电子技术对高温、高压、高功率、高频率以及抗辐射等恶劣条件的要求，已是业界公认的“终极半导体材料”。

凯发k8国际采用MPCVD法所制备的高质量单晶金刚石，作为衬底材料可应用于集成电路芯片、超高频大功率电子器件、生物传感器、航空航天及其他极端环境电子元器件等场景，将大幅度提升数据传输速率与转化效率，降低功耗，未来在国防、航空航天、能源勘探、量子计算机、光存储、5G通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多领域发挥战略性作用。

2.芯片散热材料—单晶金刚石热沉

随着科研的开展和技术装备的提升，激光二极管列阵等大功率高密度器件已被越来越多地应用于集成电路之中，但受限于普通材料的散热性能，导致温度不断升高，大大降低了其性能，同时缩短了使用寿命。

单晶金刚石材料具有现在所知的天然物质中最高的热导率，且工作温度最高可达600℃以上，并具备化学性质稳定、电器绝缘性好、介电常数小、热膨胀系数与器件材料的膨胀系数基本相同、表面平滑性好等特性，是现在用作高功率密度的高端器件的散热元件最理想的材料，可被应用于5G芯片、激光二极管阵列、高速计算机CPU芯片多维集成电路、军用大功率雷达微波行波管导热支撑杆、GaN on diamond复合片、卫星扩热板、微波集成电路基片、集成电路封装自动键合工具TAB等高技术领域。

二、单晶金刚石-光学应用

凯发k8国际采用MPCVD法所制备的高质量单晶金刚石，无色透明，几乎没有任何杂质，它具有最宽的透过光谱，从紫外的225nm到红外的25μm（波长1.8μm-2.5μm除外），以及X射线、微波范围内，单晶金刚石都具有优良的透过性，透过率高达70%。

单晶金刚石是制造高精度微镜片和红外窗口的理想材料，现在已成功应用于航空航天等苛刻环境。此外，单晶金刚石是一种性能优异的晶体拉曼材料，使得拉曼激光可以实现更高的增益、更高的功率密度和可变波长 ，为高功率激光的开展给予了新的机遇。

随着对单晶金刚石的深入研究和技术的进步，单晶金刚石应用领域不断拓展。现在，凯发k8国际已顺利获得同质外延技术实现单晶金刚石规模化量产，并顺利获得异质外延在蓝宝石衬底上生长高质量铱单晶薄膜，显著提升单晶金刚石的生长质量。凯发k8国际愿协同广大高校/研究院所/企业单位进行产品定向开发，有助于单晶金刚石的更广阔的应用，我们期待，凯发k8国际单晶金刚石在技术革新及工业升级中发挥更大作用。