全球首個(gè)100mm的金剛石晶圓

近日，總部位于加利福尼亞州舊金山的Diamond Foundry Inc宣布制造出了世界上第一塊直徑為 100 毫米的單晶金剛石晶圓。

該公司計(jì)劃提供金剛石基板作為改善熱性能的途徑，這反過來又可以改善人工智能計(jì)算和無線通信以及更小的電力電子設(shè)備。

該公司使用一種稱為異質(zhì)外延的工藝來沉積碳原子，并在可擴(kuò)展的基底上制造單晶金剛石。以前已經(jīng)生產(chǎn)過金剛石晶片，但它是基于壓縮金剛石粉末，缺乏單晶金剛石的特性。

Diamond Foundry 表示，其下一個(gè)目標(biāo)是降低金剛石晶圓的缺陷密度，以實(shí)現(xiàn)比硅高 17,200 倍、比碳化硅高 60 倍的品質(zhì)因數(shù)。

目前，Diamond Foundry 在華盛頓州經(jīng)營一家鉆石和晶圓生產(chǎn)工廠。

據(jù)悉，該公司成立于 2012 年，業(yè)務(wù)涉及珠寶和奢侈品市場以及半導(dǎo)體行業(yè)。該公司在其 Linkedin 網(wǎng)站上表示，已獲得 5.15 億美元的融資，并正在執(zhí)行一項(xiàng)數(shù)十億美元的擴(kuò)張計(jì)劃，利用零排放能源將溫室氣體轉(zhuǎn)化為金剛石硅片。

據(jù)他們所說，公司可以通過將金剛石以原子方式粘合到以埃級精度減薄的集成電路 (IC) 晶圓上，實(shí)現(xiàn)了最終的熱芯片封裝。

從熱導(dǎo)性上看，沒有其他材料能像單晶金剛石那樣有效地導(dǎo)熱，從而使芯片運(yùn)行得更快、使用壽命更長。這就讓金剛石晶圓在工作芯片晶體管的原子距離內(nèi)提供了一條熱高速公路。它以理想的效率散熱，減少熱點(diǎn)并使芯片的計(jì)算速度提高三倍。

同時(shí)，這還是一個(gè)極端的電絕緣體，最薄的金剛石切片可以隔離非常高的電壓，從而使電力電子器件的小型化達(dá)到新的水平。

得益于這些領(lǐng)先特性，Diamond Foundry認(rèn)為公司的解決方案適用于所有領(lǐng)先的高功率芯片，經(jīng)過驗(yàn)證的硅芯片與金剛石半導(dǎo)體基板的結(jié)合極大地加速了云和人工智能計(jì)算，這意味著使用數(shù)據(jù)中心一半的空間即可獲得相同的性能。

這些優(yōu)勢也讓其能簡化逆變器設(shè)計(jì)，會(huì)因?yàn)榻饎偸A的導(dǎo)熱性和電絕緣性的極端特性使得新穎的架構(gòu)能夠從根本上推進(jìn)小型化、效率和魯棒性。

這個(gè)領(lǐng)先的設(shè)計(jì)也讓其能在無線通信領(lǐng)域提供幫助。

據(jù)介紹，GaN 半導(dǎo)體為越來越多的最有效的無線通信提供動(dòng)力。但金剛石晶圓解決了過熱和電壓問題，使 GaN 在每一項(xiàng)指標(biāo)上都優(yōu)于 SiC。

而金剛石基 GaN MOSFET 的功率密度是不含金剛石的 GaN 的三倍。通過降低熱應(yīng)力以及將 GaN 原子互連到 DF （Diamond Foundry）單晶金剛石，提高了可靠性。

類似的公司 Diamfab SA（法國格勒諾布爾）于 2019 年在歐洲成立。Diamfab 合成并摻雜在其他基板上生長的金剛石外延層，以期用金剛石制造卓越的功率器件。”