全球首個100mm的金剛石晶圓

近日，總部位于加利福尼亞州舊金山的Diamond Foundry Inc宣布制造出了世界上第一塊直徑為 100 毫米的單晶金剛石晶圓。

該公司計劃提供金剛石基板作為改善熱性能的途徑，這反過來又可以改善人工智能計算和無線通信以及更小的電力電子設備。

該公司使用一種稱為異質外延的工藝來沉積碳原子，并在可擴展的基底上制造單晶金剛石。以前已經生產過金剛石晶片，但它是基于壓縮金剛石粉末，缺乏單晶金剛石的特性。

Diamond Foundry 表示，其下一個目標是降低金剛石晶圓的缺陷密度，以實現比硅高 17,200 倍、比碳化硅高 60 倍的品質因數。

目前，Diamond Foundry 在華盛頓州經營一家鉆石和晶圓生產工廠。

據悉，該公司成立于 2012 年，業務涉及珠寶和奢侈品市場以及半導體行業。該公司在其 Linkedin 網站上表示，已獲得 5.15 億美元的融資，并正在執行一項數十億美元的擴張計劃，利用零排放能源將溫室氣體轉化為金剛石硅片。

據他們所說，公司可以通過將金剛石以原子方式粘合到以埃級精度減薄的集成電路 (IC) 晶圓上，實現了最終的熱芯片封裝。

從熱導性上看，沒有其他材料能像單晶金剛石那樣有效地導熱，從而使芯片運行得更快、使用壽命更長。這就讓金剛石晶圓在工作芯片晶體管的原子距離內提供了一條熱高速公路。它以理想的效率散熱，減少熱點并使芯片的計算速度提高三倍。

同時，這還是一個極端的電絕緣體，最薄的金剛石切片可以隔離非常高的電壓，從而使電力電子器件的小型化達到新的水平。

得益于這些領先特性，Diamond Foundry認為公司的解決方案適用于所有領先的高功率芯片，經過驗證的硅芯片與金剛石半導體基板的結合極大地加速了云和人工智能計算，這意味著使用數據中心一半的空間即可獲得相同的性能。

這些優勢也讓其能簡化逆變器設計，會因為金剛石晶圓的導熱性和電絕緣性的極端特性使得新穎的架構能夠從根本上推進小型化、效率和魯棒性。

這個領先的設計也讓其能在無線通信領域提供幫助。

據介紹，GaN 半導體為越來越多的最有效的無線通信提供動力。但金剛石晶圓解決了過熱和電壓問題，使 GaN 在每一項指標上都優于 SiC。

而金剛石基 GaN MOSFET 的功率密度是不含金剛石的 GaN 的三倍。通過降低熱應力以及將 GaN 原子互連到 DF （Diamond Foundry）單晶金剛石，提高了可靠性。

類似的公司 Diamfab SA（法國格勒諾布爾）于 2019 年在歐洲成立。Diamfab 合成并摻雜在其他基板上生長的金剛石外延層，以期用金剛石制造卓越的功率器件。”