金刚石在线讯  超宽禁带半导体是禁带宽度在4.5eV以上的半导体材料，主要包括金刚石、氮化铝、氧化镓等，目前正成为研究的热点。金刚石作为超宽带隙半导体材料的一员，具有优异的物理和化学性质，基于这些优异的性能参数，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料，被业界誉为“终极半导体”。

不同半导体材料的性能

金刚石半导体器件

金刚石所具有的不同特性可以在不同的半导体领域带来质变。宽禁带和高导热率的特性非常适合做功率器件；宽禁带和高透明特性适合做传感器和深紫外发光器件；高结构强度和高导热率特性在器件封装上也会带来很大的进步。

金刚石半导体功率器件

传统的硅基功率器件已经非常成熟且大规模用于日常生产生活中，例如高压直流整流，晶闸管，绝缘栅双极晶体管（IGBT）等等。然而由于硅材料的物理特性限制，现有的硅基功率器件始终具有两个缺陷：无法在高温下运行（大于150℃）和无法承受高电压（大于10KV）。而金刚石所表现出来的特性可以发现使用金刚石制作功率器件来替代硅基功率器件会收到非常好的效果。

金刚石深紫外传感器和发光器件

金刚石具有优异的透光性和折射率，稳定的分子结构非常适合制作传感器。特别是在极端环境下，例如高温高压、高辐射也能正常工作的传感器。另一方面，金刚石具有的超宽禁带和高透明度也适合制作发光器件，尤其是紫外、深紫外光源器件。

金刚石微机电系统（MEMS）

微机电系统在各种场合的应用越来越多，同样具有巨大的市场价值。例如：汽车等交通工具广泛的加速度计；工厂、实验室等需求气压温度等传感器，特殊气体的探测器。随着微机电系统应用范围越来越广泛，对器件的要求也越来越高。金刚石各种特性同样适合制作微机电系统，尤其适合在高压、高温、高加速度和高辐射等环境下工作的高端器件。

金刚石半导体的工业化道路

目前，金刚石在半导体领域的应用正成为全球主要国家竞相布局的战略高地。

日本

从金刚石的衬底研发、器件设计、设备制造的全产业链，日本均有布局，现处于全球领先地位。早在2021年，东京的Orbray采用异质外延法已开发出2英寸金刚石晶圆的量产技术，并有望在未来几年内实现4英寸晶圆的商业化。2023年日本佐贺大学团队成功开发出全球首个采用金刚石半导体的电源电路，重点用于太空通信领域。

美国

2023年美国初创公司Diamond Foundry创造出了世界上首个单晶金刚石晶圆，直径100毫米、重110克拉。2024年另一家初创公司Diamond Quanta宣布其专有的新型金刚石半导体制造和掺杂技术取得重大突破。

欧洲

法国公司Diamfab的目标是到2026年将金刚石晶圆尺寸拓展至4英寸。“相较于传统硅基半导体，金刚石器件所需晶圆面积更小，成本更低”，Diamfab首席执行官表示，“金刚石器件有望在4英寸晶圆上与SiC展开竞争。”

中国

在2024年，西安交通大学王宏兴教授研究团队实现了2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底的量产，采用的是微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术，并通过对成膜均匀性、温场及流场的有效调控，进而提高了异质外延单晶金刚石成品率，各项指标已经优于国外最好的水平达到世界领先水平。该项目荣获2024年度中国第三代半导体技术十大进展。据了解，王宏兴团队生产的单晶金刚石器件已经广泛应用于我国5G通讯、高频大功率探测装置产品中。

2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底照片

金刚石半导体在新材料、新器件、新技术等方面的不断创新和发展，为各行各业带来了更广泛的应用前景。2025年11月5日，中国粉体网将在河南•郑州举办“2025半导体行业用金刚石材料技术大会”。届时，我们将邀请到西安交通大学王宏兴教授出席本次大会并作题为《金刚石半导体材料与器件的研究》的报告。

专家简介

王宏兴，西安交通大学电信学院电子科学与技术系，教授/博士生导师，电子物理与器件教育部重点实验室主任，美国电气学会（IEEE）、日本应用物理学会（JSAP）、日本电气学会（IEEJ）、美国显示学会（SID）和美国化学学会（ACS）委员、陕西省真空学会理事长。长期从事宽禁带半导体材料、器件、设备的研发，获国家科技进步三等奖1项，主持科研项目10余项，申报和获得发明专利100余项，发表SCI收录论文120余篇。

参考来源：

王凡生等：金刚石半导体器件的研究进展

杜昊临等：金刚石半导体器件研究概述

西安交通大学、菁云资本

（金刚石在线编辑整理/石语）

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