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(guò)來(lái)又可以改善人工智能計(jì)算和無(wú)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(lái)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(guò)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)。

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

該公司成立于 2012 年，業(yè)務(wù)涉及珠寶和奢侈品市場(chǎng)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(shuō)，公司可以通過(guò)將金剛石以原子方式粘合到以埃級(jí)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(méi)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(zhǎng)。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(guò)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(shì)也讓其能簡(jiǎn)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(wú)線通信領(lǐng)域提供幫助。

據(jù)介紹，GaN 半導(dǎo)體為越來(lái)越多的最有效的無(wú)線通信提供動(dòng)力。但金剛石晶圓解決了過(guò)熱和電壓?jiǎn)栴}，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(guò)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(guó)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(zhǎng)的金剛石外延層，以期用金剛石制造卓越的功率器件?！?/p>