一家專門從事合成、實(shí)驗(yàn)室培育的電子級鉆石材料的制造和應(yīng)用的科技公司AKHAN Semiconductor 日前宣布，公司面向半導(dǎo)體、電信、消費(fèi)行業(yè)和全球市場展示了能夠制造 300 毫米互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 鉆石晶圓。  
  他們指出，這個(gè)行業(yè)突破性的 300 毫米 CMOS 鉆石晶圓將增強(qiáng)各行業(yè)電子產(chǎn)品的功率處理、熱管理和耐用性，但卻不會對制造商現(xiàn)有的制造工藝做出任何改變。  
  由于其固有的特性，鉆石被證明是最理想的半導(dǎo)體材料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅的能力，硅是六十年來的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)材料。為了生產(chǎn)世界上[敏感詞]的技術(shù)，半導(dǎo)體制造商傳統(tǒng)上依賴 300 毫米硅晶圓，盡管硅已經(jīng)達(dá)到其物理極限。隨著全球工業(yè)超越摩爾定律，生產(chǎn) 300MM 金剛石晶圓的能力對半導(dǎo)體制造商至關(guān)重要，尤其是在航空航天、電信、[敏感詞]和[敏感詞]以及消費(fèi)電子等先進(jìn)行業(yè)。  
  “今年半導(dǎo)體芯片短缺的情況已得到充分證明，”AKHAN 董事會主席 Tom Lacey 說。“隨著美國計(jì)劃增加芯片供應(yīng)，使用[敏感詞]的材料進(jìn)行制造以實(shí)現(xiàn)[敏感詞]性能也很重要。”  
  “AKHAN 的 300 毫米鉆石晶圓是基礎(chǔ)構(gòu)建塊，它將帶來更強(qiáng)大、更耐用的設(shè)備，且其運(yùn)行溫度更低，制造商只需對其現(xiàn)有制造工藝進(jìn)行小幅更新，”AKHAN 半導(dǎo)體創(chuàng)始人 Adam Khan 說。“從[敏感詞]系統(tǒng)到航天器，世界上[敏感詞]的設(shè)備和技術(shù)都將從鉆石中成倍受益。現(xiàn)在我們已經(jīng)證明了在 300MM 晶圓上制造這種理想材料的能力，制造商將可以使用最優(yōu)化的芯片材料，從而使他們的最終產(chǎn)品更高效地運(yùn)行。”  
  隨著美國根據(jù)當(dāng)前的全球短缺情況評估半導(dǎo)體供應(yīng)鏈并努力重新奪回其在這一關(guān)鍵領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，政策制定者必須優(yōu)先考慮通過創(chuàng)新和開發(fā)采用金剛石等材料的下一代芯片來超越硅的公司。除了鉆石的先進(jìn)能力之外，美國的對手還了解這種令人垂涎的寶石有多么強(qiáng)大，并且正在優(yōu)先開發(fā)用于先進(jìn)[敏感詞]的材料。  
         

鉆石IC準(zhǔn)備大顯身手

我（AKHAN Semiconductor 創(chuàng)始人）的“啊哈”時(shí)刻發(fā)生在 2004 年，當(dāng)時(shí)，作為芝加哥伊利諾伊大學(xué)物理和工程雙學(xué)位的大三學(xué)生，一篇研究論文引起了我的興趣。那是關(guān)于鉆石作為電子材料可以發(fā)揮的作用——當(dāng)時(shí)這是一個(gè)非常未知的領(lǐng)域。然而那時(shí)我意識到鉆石技術(shù)可以引發(fā)電子行業(yè)的翻天覆地的變化，我知道我想在使鉆石半導(dǎo)體成為現(xiàn)實(shí)方面發(fā)揮作用。  
  自 1960 年代以來，硅一直是半導(dǎo)體的流行材料選擇，它仍然占市場上可用設(shè)備類型的 95%以上。但它提出了幾個(gè)長期挑戰(zhàn)。也許更為人所知的問題，通常被表達(dá)為“摩爾定律”，它強(qiáng)調(diào)了更小、更快的電子產(chǎn)品在物理上受到硅能力限制的趨勢——簡單地說，市場上設(shè)備的速度和尺寸幾乎是材料所能達(dá)到的[敏感詞][敏感詞]的表現(xiàn)。硅面對的更緊迫和可見的問題是熱量問題。從歷史上看，硅半導(dǎo)體器件的熱管理已被證明對電力電子產(chǎn)品存在問題。所需的冷卻方法效率低下，是電子垃圾的主要來源。  
  為此我們定義了鉆石半導(dǎo)體。曾經(jīng)被認(rèn)為是電子產(chǎn)品的“圣杯”，如今已成為真正的替代品，既可作為硅補(bǔ)充劑，也可作為獨(dú)立的半導(dǎo)體平臺材料。鉆石不再僅僅被降級為寶石，而是為電力電子發(fā)展和更廣泛的全球電子行業(yè)未來未知數(shù)年提供了路線圖。  
  事實(shí)上，許多人認(rèn)為該行業(yè)正在進(jìn)入鉆石時(shí)代的黎明。他們相信，具有卓越電子特性的世界上最堅(jiān)硬的天然材料將使各種行業(yè)的性能更上一層樓。它即將成為生產(chǎn)當(dāng)今[敏感詞]工業(yè)產(chǎn)品的公認(rèn)選擇——而它在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用則緊隨其后。  
  為什么是鉆石？因?yàn)樗梢栽诓唤档托阅艿那闆r下運(yùn)行得更熱（是硅的 5 倍以上），更容易冷卻（傳熱效率是硅的 22 倍），在擊穿前可以承受更高的電壓，并且電子（和電子空穴）可以更快地穿過它們。已經(jīng)有使用鉆石材料的半導(dǎo)體器件提供的電流是硅或以前嘗試使用鉆石的一百萬倍。  
  基于鉆石的半導(dǎo)體能夠提高功率密度，并制造出更快、更輕、更簡單的設(shè)備。它們比硅更環(huán)保，可提高設(shè)備內(nèi)的熱性能。因此，半導(dǎo)鉆石材料市場很容易超過碳化硅市場，由于性能、成本以及與現(xiàn)有技術(shù)的直接集成到硅平臺。  
  半導(dǎo)體行業(yè)的歷史可以追溯到 1833 年，當(dāng)時(shí)英國自然哲學(xué)家邁克爾法拉第描述了他發(fā)現(xiàn)硫化銀晶體中導(dǎo)電性隨溫度升高的“特殊情況”。但直到本世紀(jì)，鉆石才開始受到重視。  
  自從那篇研究論文引起我的興趣十多年后，我的公司 AKHAN SEMI 與阿貢國家實(shí)驗(yàn)室合作，開發(fā)了一系列先進(jìn)的技術(shù)，使我們能夠制造獨(dú)立的鉆石材料，將鉆石直接沉積在加工過的硅上，制造完整的鉆石半導(dǎo)體器件，以及將鉆石材料附著到其他電子材料上。  
  鉆石晶圓技術(shù)正在生產(chǎn)更薄、更便宜的設(shè)備，這些設(shè)備已經(jīng)在信息技術(shù)、[敏感詞]和航空航天應(yīng)用中使用。此外，鉆石半導(dǎo)體最早將從 2015 年開始對消費(fèi)電子、電信和健康行業(yè)等產(chǎn)生重大影響。  
  汽車制造商正在關(guān)注鉆石功率器件在電動(dòng)汽車控制模塊中的應(yīng)用。鉆石半導(dǎo)體還可以幫助更好地管理各種設(shè)備的電池壽命和電池系統(tǒng)，包括手機(jī)、相機(jī)和車輛。  
  對于存儲在以極其浪費(fèi)的方式消耗大量能源的數(shù)據(jù)中心的云計(jì)算機(jī)服務(wù)器，鉆石半導(dǎo)體在提供更好性能的同時(shí)更有效地使用更少的能源。由于鉆石技術(shù)縮小了半導(dǎo)體所需的尺寸和能量，它為從洗衣機(jī)和烘干機(jī)到電視和數(shù)碼相機(jī)等小型個(gè)人電子產(chǎn)品鋪平了道路。至于防御技術(shù)，它可以在正常和[敏感詞]/危險(xiǎn)的操作環(huán)境中提供更大的范圍、可靠性和性能。  
  因此，鉆石半導(dǎo)體在其應(yīng)用中具有更大的范圍和能源效率。它們有助于推動(dòng)更便宜、更快速的云集成，以滿足消費(fèi)者和企業(yè)的需求。它們改變了在何處以及如何使用我們的手機(jī)、筆記本電腦和其他尚未發(fā)明的個(gè)人電子設(shè)備的能力，其好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了性能。鉆石半導(dǎo)體等電力電子設(shè)備代表了減少電子廢物和將電子冷卻成本減半的巨大機(jī)會。  
  眾所周知，鉆石是在自然界中經(jīng)過相當(dāng)長的一段時(shí)間形成的，在公開市場上花費(fèi)數(shù)千美元。然而，實(shí)驗(yàn)室制造的鉆石可以在世界任何地方的工廠環(huán)境中使用宇宙中最豐富的一些分子清潔且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)：甲烷和氫氣，它們很容易獲得。我最熟悉的工藝是我公司采用的工藝，并在阿貢國家實(shí)驗(yàn)室使用，在該工藝中，甲烷和氫等離子體暴露于微波能量中，以在不同尺寸、厚度和不同材料上形成非常薄的鉆石材料，例如硅、藍(lán)寶石、玻璃等。  
  一旦形成，利用這些薄鉆石薄膜材料（大約是人類頭發(fā)直徑的 1/70），我們能夠改變電子特性并形成比領(lǐng)先的硅對應(yīng)物薄一千多倍的器件結(jié)構(gòu)。[敏感詞]的鉆石，但也提高了性能，讓更小、更快、更實(shí)用的趨勢得以延續(xù)。  
 

在短短十年內(nèi)，隨著硅達(dá)到臨界點(diǎn)，鉆石材料正在取而代之。是時(shí)候?qū)⒒鹁鎮(zhèn)鬟f給鉆石了——這是一種卓越的材料，將使下一代創(chuàng)新者能夠創(chuàng)造出更快、更強(qiáng)大和更環(huán)保的電子產(chǎn)品。

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