中國粉體網(wǎng)訊  半導(dǎo)體行業(yè)是當今世界科技創(chuàng)新的重要驅(qū)動力，也是體現(xiàn)各國競爭力的重要標志。半導(dǎo)體材料作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心，其性能的高低直接決定了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平。

寬禁帶半導(dǎo)體材料相比傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體，具有高溫性能好、輸出功率高、抗腐蝕、耐高壓高頻等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于電力電子、射頻、微波等領(lǐng)域。

主要寬禁帶材料的參數(shù)對比

金剛石作為寬禁帶甚至超寬帶隙材料的一員（禁帶寬度5.5 eV），具有優(yōu)異的物理和化學性質(zhì)，如高載流子遷移率、高熱導(dǎo)率、高擊穿電場、高載流子飽和速率和低介電常數(shù)等，被行業(yè)譽為“終極半導(dǎo)體材料”。它在部分領(lǐng)域可替代現(xiàn)有硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，并極有可能引發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一輪的技術(shù)革命。

高功率電子器件

由于金剛石的高熱導(dǎo)率和寬禁帶特性，它非常適合用于制造高功率電子器件，如功率放大器、射頻器件等。這些器件在通信、雷達、衛(wèi)星等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。金剛石的加入可以顯著提高器件的功率密度和效率，降低散熱成本，延長器件的使用壽命。

高溫電子器件

在一些特殊的應(yīng)用場景中，如航空航天、石油化工等領(lǐng)域，需要電子器件能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。金剛石的寬禁帶特性使其能夠在高溫下保持良好的性能，成為制造高溫電子器件的理想材料。

二極管 圖源：pixabay

光學器件

金剛石不僅在電學性能上表現(xiàn)出色，在光學領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。金剛石具有高透明度、高硬度和良好的化學穩(wěn)定性，可用于制造高性能的光學窗口、透鏡和棱鏡等器件。此外，金剛石還可以作為激光增益介質(zhì)，用于制造高功率激光器。

光學窗口 圖源：中南鉆石

探測器

金剛石材料可以檢測任何一種比其5.5eV禁帶能量更高的電磁波，例如深紫外光、X 射線、伽馬射線、帶電粒子和中子，其動態(tài)能量范圍從5.5eV 到GeV宇宙級射線。它擁有卓越的抗輻照性能以及超快的時間響應(yīng)，被認為是用于脈沖輻射場/強輻射場最理想的半導(dǎo)體探測器材料。

矩形中子探測器 

圖源：趙鑫等.金剛石核輻射探測器研究進展

聲學器件

金剛石密度低，楊氏模量和強度高，這使得它成為一種高性能的高頻聲材料。它可以在高達70kHz的頻率下保持完美的振動運動而不失真，從而提供幾乎完美的聲音再現(xiàn)。此外金剛石還具有最高的聲表面波速，是用于聲表面波濾波器的優(yōu)秀材料，能夠提高濾波頻率和功率承受能力。

量子計算

金剛石中的氮空位中心（NV center）具有獨特的量子特性，使其在量子計算領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價值。研究人員正在探索利用金剛石中的 NV center 實現(xiàn)量子比特的存儲和操作，為未來的量子計算技術(shù)提供新的解決方案。

金剛石NV色心的物理結(jié)構(gòu)示意圖

圖源：陳諾誠.基于金剛石NV色心的微弱微波場測量系統(tǒng)研究

微機電系統(tǒng)（MEMS）

金剛石各種特性同樣適合制作微機電系統(tǒng)，尤其適合在高壓、高溫、高加速度和高輻射等環(huán)境下工作的高端器件。金剛石微機電系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)都已經(jīng)有科研團隊制作出來，例如薄膜結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)等等。

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參考來源：

1.DT半導(dǎo)體

2.高旭輝. 金剛石—終極半導(dǎo)體的“破繭”之路.科學咨詢

3.杜昊臨等. 金剛石半導(dǎo)體器件研究概述.科技論壇

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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