金刚石晶圆:延伸半导体的摩尔定律

发表时间:2021-11-25 11:28作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

半导体是这两年国家重点发展的行业,到底什么是半导体?生活中所有的物体按照导电性大致可分为三类:导体、半导体、绝缘体。这个很好理解,物体要么导电,要么不导电,要么有一点点导电,正是这种半推半就、不清不楚的物质给物理学家不同的发挥空间。太绝对的导电和不导电的物质没什么意思,而在不同情况下导电性发生变化的东西才是有意思的。来张图直观看看物体的导电性:



从1965年至今,摩尔定律一直被作为经验定律,大约每18个月,硅芯片上蚀刻的晶体管数量就会增加一倍。硅作为半导体材料,十分完美,目前晶圆尺寸流行的是8寸、12寸。另外硅工艺已经十分成熟,纯度高达99.999999999%,内部缺陷极少,另外纯净的半导体材料电阻率很高,但掺入极少量杂质元素后,其导电能力会发生明显的提高。所以所硅单晶非常适合做半导体材料。



摩尔定律失效?   


然而,随着制程不断缩小到3nm、2nm,摩尔定律逐渐逼近极限,硅的缺陷也慢慢开始暴露。硅原子半径是1.46A,3nm制程就相当于不到6个硅原子,这就会导致漏电效应、短沟道效应!换句话说,我们可以把芯片比作一个房子,随着制程的提升,房间越来越小,但里面要装的东西却越来越多,不管采用什么样的“收纳”方式,总有一天,这个房间会“过载”。


如何解决这个即将到来的问题?有两个选择   :               

1、在现在基础上实现技术突破,寻找破解的方法。

2、用一种新材料来代替硅基板生产芯片。


芯片散热问题


原子层磊晶的碳化硅也可以化学渐进法延伸至全碳的金刚石晶圆,具有极宽的禁帶(5.45eV)。这就可以大幅延伸目前快要碰壁的摩尔定律,使CPU超频数倍,而且金刚石自身散热,甚至可在高温(如400℃)使用,沒有过热的问题。


目前高功率芯片,热点问题成为限制CPU速度的瓶颈问题。金刚石热沉的热导率在1000-2000W/m.K,是绝佳的散热材料。




金刚石晶圆及金刚石超级激光


金刚石晶圆的到来也会産生全新的产品,如能装在北斗卫星上发射不发散的深紫外线(215nm)激光,而用以催毁GPS。


金刚石作为优秀的热管理材料,在通讯、军工、新能源汽车、新能源电力、激光器等领域有较为重要的应用。化合积电目前有晶圆级金刚石、金刚石热沉片GaN on Diamond、Diamond on GaN等产品,为广大客户提供专业的金刚石热管理解决方案。

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