创纪录！全球最大金刚石单晶成功研制

【DT半导体】获悉，2月13日，根据日本EDP公司官网，宣布成功开发出全球最大级别30x30mm以上的金刚石单晶，刷新行业纪录！此前30×30mm以上基板需采用多晶拼接技术，现可通过离子注入剥离技术实现大尺寸单晶基板。

单晶金刚石具有已知物质中最高的热导率（>2000 W/m·K），是理想的高功率器件散热材料。大尺寸晶圆量产将推动金刚石散热片成本下降，扩展其在5G基站、电动汽车等领域的应用。

相关参数：

尺寸：15x15毫米至30x30毫米（15x15毫米以下的单晶基板已上市。） 厚度：0.05至3毫米

晶面方向：(100)面偏角3°左右

氮含量：8ppm以下

X射线摇摆曲线半峰宽：20至80弧秒（与现有产品相当）

EDP未来开发规划

短期目标（2025年）：

1英寸晶圆（直径25mm）：计划2025年4月底前发售，面积较现有半英寸晶圆（直径12.5mm）提升4倍，支持多器件集成制造。

2英寸晶圆（直径50mm）：通过4片30×30mm单晶拼接开发50×50mm马赛克晶体，目标2025年12月实现商品化，兼容现有半导体制造设备。

中长期规划：

单晶尺寸突破50×50mm：预计需2～3年开发周期，直接实现2英寸单晶晶圆。

4英寸马赛克晶圆（直径100mm）：基于50×50mm单晶拼接，满足金刚石器件大规模量产需求。

EDP公司背景和技术领域

日本EDP公司（株式会社EDP）是日本产业技术综合研究所（产总研）下属的一家高科技企业，主要致力于金刚石半导体技术的发展。EDP公司在金刚石半导体领域具有显著的技术优势和领先地位，其主要产品包括高浓度硼掺杂金刚石基板、人造金刚石生产用大型籽晶和半导体用大型基板等。

日本EDP公司在金刚石半导体技术领域的研发成果和历史进展如下：

1、大尺寸单晶金刚石基板的开发：

2023年8月，EDP公司成功开发了高浓度硼掺杂的金刚石基板，并实现了其商品化。这些基板包括低电阻自支撑金刚石基板和外延生长基板，尺寸限制在7mm×7mm，但通过11月推出的15x15mm单晶，成功扩大了低电阻基板的面积，实现了商品化。

2024年10月，EDP公司进一步开发了更大尺寸的单晶，尺寸达到10x10mm、0.2x0.3mm、12.5x12.5mm等，基本特性与2023年8月产品一致。

2、高浓度硼掺杂金刚石基板的应用：

这些高浓度硼掺杂的金刚石基板主要用于功率电子器件，具有优异的电气性能和热耐受性，适用于大功率、稳定电源的应用场景，如电动汽车、飞行汽车和发电站等。

全球金刚石半导体的竞争格局

Diamond Foundry：2023年通过异质外延技术制造出直径100毫米的单晶金刚石晶圆（110克拉），热导率达2400W/(m·K)，应用于AI、电动汽车等领域。其新型逆变器比Tesla 3缩小6倍尺寸。

Element Six：联合日本Orbray、法国HiquteDiamond等企业，推进4英寸单晶金刚石材料研发，目标突破超宽带隙半导体技术。

Akash Systems：获美国政府1820万美元补贴，开发金刚石散热技术，提升GPU散热效率，应用于数据中心。

中国在金刚石单晶的研发和生产方面发展迅速，有多家企业和研究机构：

西安交通大学：王宏兴教授团队在金刚石半导体材料领域取得了重大突破，成功开发出2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底，并实现了批量化生产。该团队采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术，通过优化工艺参数，实现了高质量、大尺寸金刚石单晶的生长。

宁波晶钻科技股份有限公司：该公司成功研制出60 mm × 60 mm（长边尺寸72.29 mm）CVD大尺寸同质外延金刚石衬底，展现了中国在金刚石材料领域的强大研发和生产能力。

中国科学院半导体研究所：金鹏团队采用激光切割图案化工艺，在Ir/YSZ/Si复合衬底上实现了2英寸异质外延自支撑金刚石单晶的制备，为传统光刻图案化方案提供了一种更简单、更经济的替代方案。

黄河旋风：开发直径2英寸CVD多晶金刚石热沉片，热导率超2000W/(m·K)，合作厦门大学研发芯片散热方案

北京大学：联合南方科技大学和香港大学，成功开发一种能够批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的制备方法，这一创新成果不仅在材料科学领域具有里程碑意义，也为金刚石薄膜的商业化应用铺平了道路。

总体而言，全球金刚石领域正处于快速发展阶段，各国企业和研究机构都在积极探索新技术、新应用，推动金刚石在半导体、电子器件、量子计算等领域的广泛应用。