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为什么说金刚石才是高端芯片的未来,终极半导体材料?

发表时间:2021-12-22 18:04作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

自20世纪50年代开始,以硅(Si)、锗(Ge)为主的第一代半导体材料使用至今已有70余年,时至今日,仍有95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路由硅材料制作,但因硅自身的物理性质缺陷,限制了其在高频功率器件上的应用。而以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料虽然在二十世纪末风靡一时,但因其价格昂贵,且具有毒性,使得其应用受到很大的局限性。现如今,以金刚石、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等为主的具有超宽带隙特性的第三代半导体材料已成为国际竞争的热点。三代半导体材料性质对比如下:


为什么说钻石才是高端芯片的未来,终极半导体材料?


由以上数据可以看出,作为第三代半导体材料中的佼佼者,金刚石材料具备高热导率、高击穿电场、高载流子迁移率、高载流子饱和速率和低介电常数等优异的特性,满足现代电子技术对高温、高压、高功率、高频率以及抗辐射等恶劣条件的要求,已是业界公认的“终极半导体材料”


由于金刚石材料在光学、力学、热学、电学等方面表现出的优异特性,采用金刚石材料制作冷阴极场发射显示器(FED)已成为各大屏幕生产企业研发的重点。FED是一种自发光型平板显示器,在继承其他显示器优点的前提下,完美摒弃了其缺点。首先FED由数十万个冷发射子组成,在亮度、灰度、色彩、分辨率和响应速度方面均表现优异;其次,FED显示器核心部件的冷发射阴极到阳极的距离仅为100μm,完全符合现在超薄显示器发展规律;另外FED采用冷阴极电子源,具有功耗低、自发光、工作环境温度范围宽等优点,工作电压仅为1kV。随着MPCVD生产金刚石材料的技术不断成熟,FED统领显示器市场必将指日可待。


目前培育金刚石的两大工艺:高温高压法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD),国内采用化学气相沉积法(CVD)的龙头企业化合积电(厦门)半导体科技有限公司现有金刚石热沉片、晶圆级金刚石、GaN on diamond、Diamond on GaN等产品,提供专业的金刚石热管理解决方案。


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