鑽石成半導體材料王者   將改變電子產業技術

編譯／高晟鈞

根據專家估計，到了2030年，傳統依賴矽的半導體行業整體市場將達數百億美元，並面臨著來自「寬能隙」材料的新興競爭。其中，鑽石做為一種性能優越的「超寬能隙」半導體，有望成為主導下一代半導體材料的王者，徹底改變電子產業，為更有效率且強大的設備奠定基礎。

鑽石半導體

與傳統半導體材料相比，鑽石在熱管理、成本效率和CO₂減排等幾個關鍵領域具有顯著優勢。

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鑽石一項突出的優點在於其獨特的熱性能，不同於許多半導體材料，鑽石的電阻率隨著溫度的升高而增加，這使得使用鑽石作為材料的裝置在溫度約為150^OC時特別有效率（一般功率轉換器的工作溫度）。另外，與在高溫下需要大量冷卻工作的矽基或碳化矽元件不同，鑽石裝置可以在運作過程中達到穩定狀態，而不需要大量的冷卻措施。

鑽石作為散熱器也非常出色，其卓越的散熱能力可減少不必要的能量損失。使用鑽石技術的轉換器，比同等的矽基轉換器重量與體積都降低了了五倍之多，比另一種寬能隙SiC的轉換器降低了也有三倍之餘。

Diamfab

Diamfab是一家總部位於法國格勒諾布爾的半導體鑽石科技新創公司，已從各大財團（包含Asterion Ventures、Bpfrance、Kreaxi等）獲得了總計870萬歐元的第一輪鉅額融資。

Diamfab專門從事人造鑽石的外延與摻雜，在薄鑽石層生長和電子元件設計方面擁有四項專利，專注於製造二極管、電晶體、電容器等元件，利用鑽石的卓越特性來提高設備性能，並最大程度地減少碳足跡。值得注意的是，Diamfab的創新技術使得其設備尺寸比碳化矽（另一種寬能隙材料）還要小50倍，預示著新電子材料的新時代來臨。

利用鑽石技術改變半導體生產

Diamfab執行長Gauthier Chicot強調鑽石基晶圓相對於碳化矽晶圓的競爭優勢，鑽石元件所需的晶圓表面積至少減 4倍，因此他估計，從4英吋的晶圓尺寸來看，鑽石能成為媲美甚至超越SiC材料。

這項創新的關鍵是能夠生產肖特基二極體（Schottky diodes）和 MOSFET 電晶體等高壓元件，這些元件可分別承受高達 3,000 V 和 1,000 V 的的電壓。該技術在電動車和逆變器電子領域得到應用，預示著電力電子領域的重大轉變。

此外，鑽石技術的靈活性超出了電子領域的範圍，透過控制摻雜，該公司可以滿足量子感測應用甚至貝塔伏特能量轉換的需求，展示了鑽石基材料的多樣化潛力。

Chicot表示，公司正努力建立一條龍生產線，將鑽石基晶圓和設備整合到未來的項目中，以便該技術更廣泛地被採用。

資料來源:powerelection

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