金刚石——材料之王

发表时间:2021-11-12 14:34作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

金刚石作为材料之王,其优异性质不断被发掘,从传统的超硬性质到超宽禁带半导体,工业跨度范围极大。作为工业和科学技术领域重要功能材料:由于金刚石具有透光导热、电绝缘、高热导率等优异性能,在半导体、量子信息、光学器件、导热散热、生物医疗、消毒杀菌、发电储能、环保工程、功能器件、航空航天等多个高新技术领域都有巨大的应用潜力。


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全球布局与我国金刚石产业


从全球范围看,人造金刚石生产主要集中在中国,国外人造金刚石生产企业数量较少,人造金刚石产量较低,其产品研发和应用主要侧重在人造金刚石制品、金刚石复合材料等方面。


我国目前是高温高压HPHT工业金刚石主要生产地,未来也是最大的培育钻石市场之一,目前CVD技术也在不断成熟,以化合积电为首的在金刚石热沉片生长中取得了较大突破。全球范围内美国、日本、欧洲等是CVD人造金刚石研究起步最早的国家和地区。我国人造金刚石单晶合成使用自主研发的六面顶压机,相较于其他国家使用的两面顶压机,六面顶压机的结构特点决定了其具有对中性强、合成成本低、易操作、使用寿命长、设备价格低等特征,六面顶压机的广泛推广使得我国人造金刚石产业快速实现规模化生产。随着六面顶压机合成腔体扩大、对中精度提高、合成技术稳定性提升等技术进步的不断实现,我国人造金刚石产量已占全球人造金刚石产量的90%以上,成为全球最重要的人造金刚石生产国。


金刚石产业分析与应用前景


金刚石行业属于市场化程度较高的行业,生产企业间的竞争主要体现在技术研发、产品质量、成本控制和市场营销等方面,产品市场价格基本由市场供求情况决定。低品级人造金刚石生产的门槛较低,对产品的质量和生产工艺要求不高,各企业间的产品差异不大,竞争较为激烈;以高品级金刚石、高端金刚石微粉和大颗粒培育钻石为代表的中高端产品对企业的研发实力、工艺水平和质量控制提出了较高的要求,进入门槛较高,竞争相对较小。


同时,金刚石产业十分庞大,从初级工业应用磨具磨料,矿物开采钻头等超硬工具到高端应用的宝石级别大单晶,珠宝首饰,甚至是半导体、高功率器件、量子领域等。


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培育钻石作为现代科技与智慧结晶的新产物,具有环保时尚内涵及价格优势,高度匹配新生代消费理念,逐步发展成为珠宝零售市场的新品类。同时,在珠宝领域,一方面我国人口基数大,且人均可支配收入不断增长,提升了国民在珠宝领域的消费能力,为珠宝行业的发展提供了市场空间;另一方面,海量信息呈现、便捷在线支付以及日益成熟安全的物流配套,使得消费者对珠宝首饰的在线消费习惯开始形成。在这样的背景下,传统主流珠宝首饰品牌纷纷依托天猫、京东、苏宁等开放式平台打造在线渠道,同时也有众多新兴互联网品牌不断涌现,珠宝电商日渐崛起,为珠宝首饰行业的发展提供了新的机遇。珠宝行业规模的扩大,人们对珠宝消费观念的转变都会给人造金刚石消费需求的增长创造机会。更重要的是培育钻石产业技术日益成熟,极大地助力其在珠宝市场的成长与渗透。


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而高品质金刚石不光是作为珠宝首饰,还是“终极半导体”。“没有金刚石就没有信息产业”。金刚石具有良好的导热性、高绝缘电阻及其与众多半导体材料匹配的较好热膨胀系数,最高工作温度可达到600 ℃以上,比现有的其他材料制作的半导体器件高出了4倍左右。使之可以作为高功率密度电子器件如大功率半导体器件、微波器件和大规模集成电路最好的散热片,可用于航天员宇宙射线防护、尖端武器装备隐身防腐、提高导弹飞行速度与打击精度、大功率激光探测,可用作大规模集成电路及热沉等尖端领域。”而且,金刚石电子器件相比其他半导体器件具有体积小、集成度高和无需制冷的优势。化合积电金刚石热沉片在军工、半导体激光器、通讯、新能源汽车等领域,都获得头部客户的认可。

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