欧盟批准金刚石晶圆工厂补贴，目标明年投产

科技 2024-12-28 12:03 北京

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

该工厂目标明年投入生产，可供应半导体级金刚石晶圆。

欧盟委员会近日批准了西班牙政府对 Diamond Foundry 位于该国西部特鲁希略的金刚石晶圆制造厂的 8100 万欧元（当前约 6.15 亿元人民币）补贴。

Diamond Foundry 在 2022 年成功制造了世界首个单晶金刚石晶圆（4 英寸）。此后在 2023 年启动了西班牙特鲁希略制造厂建设。该工厂目标明年投入生产，可供应半导体级金刚石晶圆。

这一工厂总投资规模约 6.75 亿欧元（当前约 51.25 亿元人民币），将采用等离子体反应器生产金刚石，并拥有可完全满足其自身电力需求的配套 120MW 太阳能光伏发电厂，年产能可达 4~5 百万克拉（即 800~1000 千克）。

此前，美国媒体报道金刚石是人类已知的最佳导热材料，但业内还不能用金刚石制造微芯片。所以，退而求其次的办法是制造一个普通的微芯片，刮掉芯片活性位所在的大部分非活性硅，然后将剩下的硅粘合到一颗完美的金刚石晶体上。

Diamond Foundry 在硅谷设有实验室，在华盛顿州威纳奇设有第一家制造工厂，这里的工程师们打造出了该公司声称世界上最大的金刚石——至少是直径最大的金刚石。

Diamond Foundry 使用的技术是其在 2022 年收购德国奥格斯堡金刚石技术公司（又名 Audiatec）时获得的技术。这种在反应堆中生长的合成金刚石晶片直径为 4 英寸，厚度不到 3 毫米，可以与硅微芯片配对，从而使芯片产生的热量快速消散。

到目前为止，该公司已经生产了数百个最大的这种晶片。该公司首席执行官马丁·罗斯柴森 (Martin Roscheisen) 说，这意味着这些芯片可以以至少两倍于额定速度（称为时钟速度）的速度运行而不会出现故障。通过在Nvidia最强大的芯片之一上使用这种方法，Diamond Foundry 的工程师甚至设法在实验室条件下将其速度提高了三倍。

罗斯柴森表示，他的公司正在与全球大多数大型芯片制造商以及一些国防承包商和电动汽车制造商进行洽谈，以帮助他们生产的微芯片和电子设备运行得更快、体积更小，或者两者兼而有之。

这一切的关键推动因素是合成这些金刚石的成本下降。罗斯柴森说，这些晶片的成本与通常用于电力电子的碳化硅晶片的成本相似。

虽然 Diamond Foundry 声称自己是首家制造出大型单晶金刚石晶片的公司，但还有一种更容易合成的金刚石，称为多晶金刚石。总部位于宾夕法尼亚州萨克森堡的 Coherent 公司成立于 1971 年，旨在制造激光材料，该公司提供这种多晶晶片。其他公司，如合成金刚石公司 Element Six（戴比尔斯集团旗下）提供更大的金刚石，可放置在芯片和传统散热器之间。

金刚石解决芯片热量问题

高温限制了电脑和其他电子产品的性能，为了克服这一问题，硅谷正在研究一些令人意想不到的材料。大大小小的芯片公司都在试验人造金刚石片、超纯玻璃片，甚至是最近才合成的、数量足以测试其性能的不知名材料。

热量是工程师们的老问题。托马斯·爱迪生发明的第一只实用灯泡之所以成功，很大程度上是因为他防止了灯泡过快烧坏。传统的燃气发动机需要油和冷却剂来防止故障，而众所周知，核反应堆需要冷却来避免熔毁。

如果您有一台足够旧的笔记本电脑（一台会让您的腿感到不舒服的热笔记本电脑），那么您已经深刻地了解到提高计算机运行速度的主要障碍。

1982 年与他人共同创立 Sun Microsystems 并担任该公司首席硬件设计师的Andy Bechtolsheim表示：“芯片性能的硬性限制是芯片的最高温度。”硅微芯片的运行温度不得超过 221 华氏度，否则会变得不可靠。为了在不发生故障的情况下实现更高的速度，芯片开发人员的目标是尽快散热，或将热量从源头移开。

麻省理工学院纳米工程实验室主任陈刚表示，如今的高性能微芯片每平方厘米的功耗约为 100 瓦。芯片用于计算的能量最终会转化为热量，“而热量必须散发出去”，他补充道。

这对于用于创建最新、最棒和最庞大的人工智能模型的数据中心来说是一个特别严重的问题。从这些模型的一代到下一代，所需的计算能力平均增加了 10 倍。Bechtolsheim 表示，要进入下一代，需要想尽一切办法，而金刚石等替代芯片基板可能会有所帮助。

电动汽车中电力转换电子设备的制造者也面临着类似的挑战——这些电子设备的制造方式越来越像微芯片，而且采用相关物质。在这里，问题不仅在于缩小这些电子设备的尺寸，还在于通过它们挤出更多的电力。这是金刚石可以提供帮助的另一个方面，因为缩小电动汽车中最重要的电源逆变器的尺寸取决于更有效地散发它产生的热量。

金刚石是人类已知的最佳导热材料。

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