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聚焦金刚石半导体的应用前景

时间:2024-01-06浏览次数:1140

金刚石被誉为“终极半导体材料”,,,是半导体业界“疯狂的石头”。。说起金刚石半导体的核心特性,,,主要是以下几个方面:


第一,,,,高热导率。。。。金刚石是自然界中热导率最高的物质,,,,比碳化硅(SiC)大4倍,,比硅(Si)大13倍,,,比砷化镓(GaAs)大43倍,,是铜和银的4~5倍。。。这就能解决目前半导体产业遇到的一个问题——散热。。。。


目前,,,对于芯片性能的限制有一方面实际上是温度,,对于大部分硅制的芯片来说,,,,一旦运行温度超过105摄氏度,,,那么芯片就会变得不可靠。。。在很多日常生活中都能够感受到芯片的发热,,一台使用很久的笔记本,,,放在腿上会发现底板在发烫、、、、风扇在疯狂旋转而笔记本的运行速度下降。。。。


这些热量从哪里来,,可以拿CPU举例。。。一个CPU是由数亿个晶体管组成的,,电流通过连接CPU中的微原件会产生热量,,,这被称为“焦耳热”,,,之后电流通过PN结的时候释放热量。。这个热量通常和频率成正比,,,,和电流的平方程成正比。。。。因此,,,,电脑的运算越快,,处理器的工作量越大,,,那么产生的热量就越多。。。


麻省理工学院纳米工程实验室主任Gang Chen给出了具体数据:“当今,,,高性能芯片的功耗约为每平方厘米100瓦,,这些因为芯片运行所产生的能量最终都转化为了热量,,并且热量必须散发出去。。”


华为金刚石专利申请中解释到:“随着集成密度不断升高以及特征尺寸不断缩小,,电子芯片的热管理面临极大的挑战。。。芯片内部热积累难以向封装表层散热片传递,,,,导致内部节温突升,,严重威胁芯片性能、、、、稳定性和使用寿命。。。。”华为专利主要就是利用金刚石的高散热性。。。


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第二,,5.5eV的禁带宽度。。。金刚石是一种超宽禁带半导体材料,,其禁带宽度是Si的5倍;载流子迁移率也是Si材料的3倍,,,,理论上金刚石的载流子迁移率比现有的宽禁带半导体材料(GaN、、、、SiC)也要高2倍以上。。。


优秀的禁带宽度也使得金刚石拥有耐高压、、、、大射频、、、、低成本、、、、耐高温等多重优异性能参数。。甚至被称为“终极半导体”。。。。


同时,,,需要注意,,,,在2022年,,美国商务部工业和安全局(BIS)发布公告,,称出于国家安全考虑,,,将四项“新兴和基础技术”纳入新的出口管制,,其中之一就是能承受高温高电压的第四代半导体材料金刚石。。。


第三,,金刚石的特殊的能量结构。。。这个特性主要是关于金刚石用在量子存储中。。。。与传统的存储器相比,,,金刚石量子存储器能将光子转换成金刚石中碳原子的特定振动,,,,适用于许多不同颜色光的这种转换,,将允许对光进行广谱操纵。。。金刚石的能量结构允许其以很低的噪声在室温下实现。。从理论上来说,,,,金刚石半导体在室温下工作,,,,性能最高。。前文提到日本Adamant Namiki Precision Jewel和佐贺大学研发出的可以用于量子计算机存储器的金刚石晶圆,,,主要希望利用这一特性。。。


总而言之,,金刚石半导体具有优于其他半导体材料的出色特性,,如高热导率、、、宽禁带、、高载流子迁移率、、高绝缘性、、光学透过性、、、、化学稳定性与抗辐射性等。。未来,,随着制造技术的进步和对金刚石的更深入研究,,金刚石可能会成为制造高效、、稳定、、、耐用的芯片的关键材料。。。。


尊龙时凯一直深耕金刚石领域的研究和开发,,关注着金刚石在半导体等领域的应用进展,,,,是国内规模优势明显金刚石半导体企业。。高品质大尺寸CVD金刚石可用于光学窗口、、、芯片热沉、、半导体及功率器件等高端先进制造业及消费领域,,,公司聚焦CVD金刚石产业链相关技术研发,,加快CVD金刚石技术进步及产业化,,,,现已有成熟产品:晶圆级金刚石、、、、金刚石热沉片、、、、金刚石窗口片、、、、金刚石基异质集成复合衬底等产品。。。

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