金刚石能否取代其他高功率半导体器件?

科技   2024-11-14 17:05   河南  
半导体材料作为现代电子设备的基石,正经历着前所未有的变革。如今,金刚石以其卓越的电学、热学性能,以及在极端条件下的稳定性正逐步展现出其作为第四代半导体材料的巨大潜力,正被越来越多的科学家和工程师视为可能取代传统高功率半导体器件(如硅、碳化硅等)的颠覆性材料。那么,金刚石能否真正取代其他高功率半导体器件,成为未来电子设备的主流材料?

金刚石半导体的卓越性能与潜在影响

金刚石功率半导体凭借其卓越的性能,即将改变从电动汽车到发电站等多个行业。日本在金刚石半导体技术方面的重大进步为其商业化铺平了道路,并有望在未来实现这些半导体比硅器件多50,000倍的电力处理能力。这一突破性的进展意味着金刚石半导体在高压、高温等极端条件下能够表现出色,从而极大地提升电子设备的效率和性能。

金刚石半导体对电动汽车和发电站的影响

金刚石半导体的广泛应用,将对电动汽车和发电站的效率和性能产生深远影响。金刚石的高导热性和宽带隙特性,使其能够在更高的电压和温度下运行,从而显著提高设备的效率和可靠性。在电动汽车领域,金刚石半导体将减少热量损失,延长电池寿命,提高整体性能。而在发电站中,金刚石半导体能够承受更高的温度和压力,从而提高发电效率和稳定性。这些优势将有助于推动能源行业的可持续发展,降低能源消耗和环境污染。

金刚石半导体商业化面临的挑战

尽管金刚石半导体具有诸多优势,但其商业化仍面临诸多挑战。首先,金刚石的硬度给半导体制造带来了技术难题,切割和塑造金刚石的成本高昂且技术复杂。其次,金刚石在长期运行条件下的稳定性仍是一个研究课题,其退化会影响设备的性能和寿命。此外,金刚石半导体技术的生态系统相对不成熟,仍有许多基础工作需要完成,包括开发可靠的制造工艺和了解金刚石在各种操作压力下的长期行为。

日本在金刚石半导体研究中的进展

目前,日本在金刚石半导体研究方面处于领先地位,有望在2025年至2030年之间实现实际应用。佐贺大学与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的合作,成功开发出世界上第一个由金刚石半导体制成的功率器件,这一突破展示了金刚石在高频元件方面的潜力,还提高了太空探索设备的可靠性和性能。同时,Orbray等公司已开发出2英寸金刚石晶圆的量产技术,并正朝着实现4英寸基板的目标迈进。这一规模扩大对于满足电子行业的商业需求至关重要,也为钻石半导体的广泛应用奠定了坚实基础。

金刚石半导体与其他高功率半导体器件的比较

随着钻石半导体技术的不断成熟和市场的逐步接受,其将对全球半导体市场动态产生深远影响。有望取代部分传统高功率半导体器件,如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等。

然而,金刚石半导体技术的出现并不意味着碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等材料的过时。相反,金刚石半导体为工程师提供了更多样化的材料选择。每种材料都有其独特的特性,适用于不同的应用场景。

金刚石以其卓越的热管理和电力能力在高压、高温环境中表现出色,而SiC和GaN则在其他方面具有优势。每种材料都有其独特的特性和应用场景,工程师和科学家需要根据具体需求选择合适的材料,未来的电子设备设计将更加注重材料的组合和优化,以实现最佳的性能和成本效益。

金刚石半导体技术的未来

虽然金刚石半导体技术的商业化仍面临诸多挑战,但其卓越的性能和潜在的应用价值使其成为未来电子设备的重要候选材料。随着技术的不断进步和成本的逐步降低,金刚石半导体有望在其他高功率半导体器件中占据一席之地。然而,半导体技术的未来很可能以多种材料的混合为特征,每种材料都因其独特的优势而被选中。因此,我们需要保持平衡的观点,充分利用各种材料的优势,推动半导体技术的可持续发展。

   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

12月5-7第八届国际碳材料大会暨产业展览会(Carbontech 2024)将在上海新国际博览中心隆重举办。同期针对半导体与加工主题特设4大论坛,宽禁带半导体及创新应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛、金刚石前沿应用与产业发展论坛、培育钻石论坛,已邀请国内外知名专家和企业莅临交流,欢迎报名。

金刚石前沿应用及产业发展论坛

金刚石生长与前沿应用专题

12月5日 周四 下午


13:35-14:00

金刚石增强导热复合材料与技术

朱嘉琦,哈尔滨工业大学教授


14:00-14:25

报告方向:金刚石量子前沿科技

Milos Nesladek,哈塞尔特大学教授


14:25-14:45

议题待定

Rahul Gaywala,印度Sahajanand Technologies Private Limited公司CEO


15:10-15:35

报告方向:金刚石信息功能传感和电子器件

廖梅勇,日本国立物质材料研究所(行程确认中)


15:35-15:55

报告方向:金刚石量子应用案例

赵博文,安徽省国盛量子科技有限公司创始人


15:55-16:15

硼掺杂金刚石电极的调控与电化学工程应用

魏秋平,中南大学教授


16:15-16:35

议题待定

嘉宾待定,普敦实验室设备(上海)有限公司


16:35-16:55

高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展

陈巧,中国地质大学(武汉)副教授


热管理应用及产业化解决方案专题

12月6日 周五 全天


09:30-09:55

金刚石在激光领域的应用研究

杭寅,中国科学院上海光机所研究员


09:55-10:20

三维集成金刚石先进散热技术进展

于大全,厦门大学教授


10:20-10:45

使用CVD金刚石散热器提升高功率密度芯片的性能

lan Friel,元素六业务拓展经理、首席科学家


11:10-11:35

金刚石材料的激光加工

王成勇,广东工业大学副校长


11:35-12:00

CVD金刚石散热材料制备及产业化应用

魏俊俊,北京科技大学教授


12:00-12:20

太原理工大学团队(行程确认中)


13:30-13:55

金刚石常温键合技术在高性能半导体器件散热中的应用

梁剑波,大阪公立大学副教授


13:55-14:20

朝着光束全方位调控的金刚石激光技术

白振旭,河北工业大学教授


14:20-14:40

Effect of gas phase nucleation on nano- and polycrystalline diamond growth in conventional MPCVD chamber

Mariia Lambrinaki,苏州思体尔软件科技有限公司CEO


14:40-15:00

精密磨抛技术在金刚石材料加工中的应用

梁浩,北京特思迪半导体设备有限公司


15:30-15:55

集成电路先进封装的钻石中介层

宋健民博士


15:55-16:15

微射流激光先进技术基于大尺寸金刚石高品质分片及微流通道制备方案

杨森,西安晟光硅研半导体科技有限公司


16:15-16:25

小分子液态源MPCVD制备超纳米金刚石薄膜材料及应用研究

熊鹰,西南科技大学教授


16:25-16:45

基于COMSOL仿真的圆柱形谐振腔MPCVD中金刚石沉积的调控

杨黎,昆明理工大学教授


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:金刚石在热管理市场怎么用?从哪个角度切入热管理市场一块蛋糕?(仅限邀请)

宽禁带半导体及创新应用论坛

12月5日 周四 全天


10:25-11:00

议题待定

王英民,中国电子科技集团公司第四十六研究所首席专家


11:00-11:25

第三代半导体表面处理技术及装备

王德君,大连理工大学教授


11:25-11:45

基于氮化镓半导体的微波无线供电技术

敖金平,江南大学教授


11:45-12:05

以碳化硅为代表的第三代半导体产业演进及未来趋势

梁赫,重庆鬃晶科技有限公司总经理


13:30-13:55

Si基GaN器件及系统研究与产业前景

于洪宇,南方科技大学深港微电子学院院长


13:55-14:20

报告方向:金刚石半导体器件产业化进展

王宏兴,西安交通大学教授


14:20-14:40

磨抛工艺在超宽禁带半导体材料衬底制备中的应用

王彬,合美半导体(北京)有限公司总经理


15:10-15:35

报告方向:晶圆键合

王晨曦,哈尔滨工业大学教授


15:35-16:00

金刚石薄膜的制备与电学性能研究

胡晓君,浙江工业大学教授


16:00-16:20

报告方向:半导体先进键合集成技术与应用

母凤文,北京青禾晶元半导体科技有限责任公司、天津中科晶禾电子科技有限责任公司董事长兼总经理


16:20-16:40

山东大学团队(邀请确认中)

半导体及加工产业现状与趋势

12月5日 周四 上午


09:40-10:10

SiC产业发展分析与技术的新进展

赵正平,中国电子科技集团有限公司原副总经理


10:10-10:40

报告方向:超精密抛光技术研究进展

袁巨龙,浙江工业大学超精密加工技术研究中心主任


11:10-11:40

报告方向:芯片级金刚石晶圆

江南,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员


11:40-12:10

报告方向:大功率芯片散热的解决方案

郭跃进,深圳大学异质异构国家重点实验室研究员、原Intel公司首席专家


超硬材料与超精密加工论坛

先进加工技术及应用方案专题

12月6日 周五 上午


09:30-09:55

议题待定

康仁科,大连理工大学教授


09:55-10:20

议题待定

吴勇波,南方科技大学教授


10:50-11:15

金刚石的超精密加工技术现状与发展

赵清亮,哈尔滨工业大学教授


11:15-11:40

化学气相法制备单晶微刃金刚石磨料及工具新技术

孙方宏,上海交通大学教授


11:40-12:05

纳秒激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶CVD金刚石研究

温秋玲,华侨大学副教授


半导体切磨抛难题解决方案专题

12月6日 周五 下午


13:30-13:55

碳化硅晶圆减薄磨削装备及砂轮技术

尹韶辉,湖南大学无锡半导体先进制造创新中心主任


13:55-14:20

金刚石加工碳化硅晶圆衬底技术现状与趋势

栗正新,河南工业大学材料学院教授、河南工大高新产业技术研究院院长


14:20-14:45

金刚石衬底化学机械抛光原子级去除机理探讨

戴媛静,清华大学天津高端装备研究院常务副所长


14:45-15:05

金刚石超光滑与平坦化工艺路径探索

邓辉,南方科技大学机械与能源工程系研究员


15:30-15:55

大尺寸碳化硅晶圆加工过程面临的挑战与对策

张保国,河北工业大学教授


15:55-16:20

金刚石晶圆的磨抛一体化加工研究进展

陆静,华侨大学教授


16:20-16:40

硬脆材料的金刚石线切割过程切割力动态建模

梁列,西安理工大学青年教师


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:半导体CMP抛光“卡脖子”难点探讨


展商名录


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超硬材料、磨料磨具和涂附磨具行业垂直门户开创者,专注磨料磨具全产业链品牌孵化及推广,是从业者了解产业发展动态的主阵地,为万千客商提供深度的产业调研报告、海量商机信息与产经合作机会,是磨料磨具产业全域生态圈建设引领者。
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