近日，金刚石半导体制造商Diamond Foundry宣布，成功制造出全球首块直径200毫米（8英寸）的单晶金刚石（D200mm），将这一“终极材料”首次推至晶圆级尺度。

众所周知，半导体产业建立在以硅晶圆为核心材料的基础之上。特别是随着硅晶圆向更大尺寸的演进，使日益复杂的器件得以经济、可重复地制造，从而改变了电子产业。但是，随着半导体向更高功率、更高集成度的方向发展，硅基材料面临的挑战也是越来越多。

相对于硅材料、氮化镓、碳化硅等，金刚石集最高导热率与卓越的机械强度、电绝缘性、光学特性以及极致电子性能潜力于一身。

比如，金刚石禁带宽度更是高达5.45–5.47 eV，最大优势在于更高的载流子迁移率(空穴:3800 cm²/V·s，电子：4500 cm²/V·s) 、更高的击穿电场(＞10 MV/cm )、更大的热导率( 22 W/cm·K)，具有自然界最高的热导率以及最高的体材料迁移率。这些特性使其被视为满足未来大功率、强电场和抗辐射需求的候选材料。

Diamond Foundry指出，现代AI处理器将巨大功率集中于硅的微观区域，金刚石卓越的导热能力可在材料层面将热量扩散开来，为芯片架构、功率密度、可靠性与冷却开辟新的可能。

但金刚石一个基础性限制始终横亘在前，那就是尺寸。天然金刚石受限于地质条件尺寸往往都很小，而常规实验室培育金刚石在历史上也一直受限于相对较小的晶体尺寸。如果要达到半导体生产所需的晶圆级尺寸，需要在等离子体物理、反应器工程和工艺控制方面取得突破。

Diamond Foundry在CarbonSemi 2026大会上首次展示了D200mm样品，这是一块完整的单晶金刚石圆片，而非多晶拼接或碎片组装。200毫米的直径，大致相当于半导体行业成熟制程所用的晶圆尺寸。

这里需要指出的是，单晶金刚石与多晶金刚石的区别同样非常关键。多晶金刚石内部存在晶界，会散射热载流子与电荷；单晶的连续晶格结构才能最大化导热效率，同时保留金刚石固有的电绝缘性。这也是为什么Diamond Foundry强调其成果“是单晶金刚石晶圆”。

“这是那些曾经看似几乎不可能的里程碑之一，”Diamond Foundry公司CEO Martin Roscheisen表示。“数百名DF的工程师、科学家和技术人员为我们走到这里做出了贡献。这是十多年来无数次实验、失败、发明、重建机器与洞见的累积成果。”

这一突破的技术根基远早于Diamond Foundry的成立。Roscheisen在声明中特别致敬科学家Stefan Gsell与Martin Fischer为攻克生长可规模化尺寸的高质量单晶金刚石这一科学与工程难题，已持续努力了25年。2022年，Diamond Foundry通过收购奥格斯堡金刚石技术公司（Audiatec），使得Stefan与Martin加入Diamond Foundry，将他们的晶体生长专长与公司的反应器技术和制造能力结合在一起。

“Stefan和Martin为这个目标追求了25年，”Roscheisen说。“在技术史上，很少有人能以这样的毅力坚持攻克一个真正艰难的科学挑战。在主流观点认为单晶金刚石根本不可能做到这个尺度时，他们坚持了下来。今天，这份坚持化作了史上第一块D200mm单晶金刚石。而最棒的是，它也让D300mm变得可预测。”

Roscheisen称，这份坚持体现在等离子体生成、生长化学、反应器架构、晶体工程、热管理、计量、自动化与制造等多方面的进步之中。

据介绍，Diamond Foundry正在为半导体与先进技术应用开发单晶金刚石，在这些应用中，其热学、机械、电学与光学特性的组合，能够实现超越常规材料极限的性能。D200mm展示了一条路径，超越了长期制约金刚石发展的尺寸限制。

“技术史往往围绕某个事物终于奏效的那一刻来书写，”Roscheisen说。“但那一刻，建立在那些愿意花费数年、有时是数十年让它奏效的人之上。这块金刚石之所以存在，是因为数百人做出了贡献，也因为少数人25年未曾放弃这个想法。”

但需要冷静看待的是，Diamond Foundry展示的这块样金刚石晶圆样品距离成为芯片制造商可用的合格衬底或热沉片，仍有相当距离。后续仍需验证其平整度、厚度、缺陷密度、热学与电学性能的一致性，以及量产的可重复性。

编辑：芯智讯-浪客剑