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?01、870萬歐元！Diamfab獲得首輪融資
近日，總部位于格勒諾布爾的金剛石半導(dǎo)體初創(chuàng)企業(yè)Diamfab宣布獲得首輪融資870萬歐元。本輪融資來自Asterion Ventures，以及法國(guó)政府代表及管理的法國(guó)科技種子基金（法國(guó)2030的一部分）、Kreaxi與Avenir Industrie Auvergne-Rh?ne-Alpes地區(qū)基金、Better Angle、Hello Tomorrow和Grenoble Alpes Métropole。這次Diamfab的融資成功不僅為其技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)拓展提供了強(qiáng)大的支持，也反映了法國(guó)政府對(duì)于科技創(chuàng)新和綠色轉(zhuǎn)型的重視。以及國(guó)際對(duì)金剛石半導(dǎo)體技術(shù)的積極布局。這也說明，金剛石半導(dǎo)體，越來越近！
據(jù)了解，Diamfab是一家總部位于法國(guó)的初創(chuàng)創(chuàng)新企業(yè)，專注于用于下一代電子產(chǎn)品的金剛石半導(dǎo)體晶圓技術(shù)。該公司是法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）和Néel研究所的衍生產(chǎn)品，是30年來金剛石生長(zhǎng)研發(fā)的成果。Diamfab 項(xiàng)目成立于2016年，在SATT Linksium Grenoble Alpes內(nèi)孵化，最終于2019年3月成立了該公司。該公司由兩位納米電子學(xué)博士、半導(dǎo)體金剛石領(lǐng)域公認(rèn)的研究人員Gauthier Chicot和Khaled Driche創(chuàng)立。
自2019年成立以來，Diamfab致力于將這一專業(yè)知識(shí)推向產(chǎn)業(yè)規(guī)模，參與解決重大社會(huì)問題。該公司技術(shù)涉及能源效率、電動(dòng)汽車、綠色氫的生產(chǎn)、減少碳足跡，甚至核廢料的回收等領(lǐng)域。
?02、Diamfab在金剛石半導(dǎo)體的布局
金剛石，作為超寬帶隙半導(dǎo)體，被公認(rèn)為終極功率半導(dǎo)體，其Baliga品質(zhì)因數(shù)比SiC高40倍，比GaN高100倍。毫無疑問，它將成為新一代電源管理電子元件的首選材料。
為了滿足汽車、可再生能源和量子行業(yè)的半導(dǎo)體和功率元件市場(chǎng)的需求，幾年來，Diamfab?公司積極布局金剛石芯片，在金剛石外延和摻雜領(lǐng)域開發(fā)了突破性技術(shù)，率先使用在電動(dòng)汽車領(lǐng)域。同時(shí)，該公司也為電動(dòng)汽車的全金剛石電容器申請(qǐng)了四項(xiàng)專利，其核心點(diǎn)在于薄金剛石層的生長(zhǎng)和摻雜，以及金剛石電子元件的設(shè)計(jì)。Diamfab?公司也正在與該領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)合作，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超過 1000A/cm2 的高電流密度以及大于7.7MV/cm的擊穿電場(chǎng)，明顯優(yōu)于SiC等現(xiàn)有材料為電力電子器件所提供的數(shù)據(jù)。
據(jù)該公司稱，在汽車應(yīng)用中，Diamfab晶圓可以使功率轉(zhuǎn)換器的重量減少80%，結(jié)構(gòu)更緊湊。在電網(wǎng)應(yīng)用中，與硅相比，Diamfab晶圓還可以更輕松地處理更高的電壓，并將能量損失減少10倍。
另外，Diamfab能生長(zhǎng)從幾納米到幾十微米的合成金剛石材料的專利方法，被認(rèn)為是業(yè)內(nèi)獨(dú)一無二的?！拔覀?cè)趯Ｓ锌刂葡潞铣珊蛽诫s金剛石外延層，”Driche 說，“這使我們能夠生長(zhǎng)金剛石摻雜層的堆棧，以形成高價(jià)值的晶圓，為設(shè)備制造做好準(zhǔn)備?！苯忉屨f。
Chicot表示“我們有一個(gè)明確的路線圖，到2025年實(shí)現(xiàn)4英寸晶圓，作為大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵推動(dòng)因素?！?/p>
Diamfab 表示：“在未來 10 年內(nèi)，我們希望所有電動(dòng)汽車都配備金剛石，就像我們位于格勒諾布爾的同事 Soitec 在所有采用 SOI（絕緣體上硅）芯片的智能手機(jī)中處于領(lǐng)先地位一樣?！?/p>
另外，在價(jià)值鏈中，Diamfab 充當(dāng)了材料和設(shè)備之間的橋梁。2022年，Diamfab推出雙重業(yè)務(wù)戰(zhàn)略。在這種新方法下，Diamfab將通過面向應(yīng)用的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系和聯(lián)盟直接銷售其技術(shù)。應(yīng)用范圍從帶有金剛石電力電子器件的電動(dòng)汽車到具有 20 年長(zhǎng)壽命電池的物聯(lián)網(wǎng)，再到核能和空間應(yīng)用或醫(yī)療保健中的輻射加固探測(cè)器，甚至是用于自動(dòng)駕駛汽車的超精密量子傳感器。據(jù)了解，該計(jì)劃是以應(yīng)用為導(dǎo)向，與更廣泛的工業(yè)伙伴合作，開發(fā)和銷售高附加值的金剛石晶圓和金剛石器件制造工藝，通過內(nèi)部能力和基于共同開發(fā)的擴(kuò)展合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)的組合來實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的上市模式。
目前，Diambab與合作伙伴全面合作，主要包括二極管、晶體管、電容器、量子傳感器和高能探測(cè)器。該公司的第一個(gè)市場(chǎng)是電動(dòng)汽車電容器，與目前的電容器技術(shù)相比，金剛石半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)顯示出巨大的潛力，可以在汽車的使用壽命內(nèi)提高緊湊性和性能。
2024年，本次第一輪融資也將使 Diamfab 能夠建立一條試驗(yàn)線，以實(shí)現(xiàn)其技術(shù)的預(yù)工業(yè)化，加速其開發(fā)，從而滿足對(duì)金剛石半導(dǎo)體不斷增長(zhǎng)的需求。
“在我們這樣一個(gè)尖端行業(yè)的發(fā)展中，每個(gè)階段都是必不可少的。該試點(diǎn)項(xiàng)目將促進(jìn)我們與合作伙伴的許多討論，并加強(qiáng)我們的關(guān)系。這是至關(guān)重要的?！盌iamfab董事長(zhǎng)Gauthier Chicot評(píng)論道。
“我們開發(fā)的技術(shù)可以大大減少半導(dǎo)體的歷史碳足跡，并通過將歐洲的一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)遷移到歐洲來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這是我們與Asterion的投資重點(diǎn)之一。工業(yè)深度技術(shù)公司需要冷靜、長(zhǎng)期的支持，而這正是我們所提供的，”Asterion Ventures合伙人查爾斯-亨利?喬爾解釋道。
?03、金剛石半導(dǎo)體卡在哪？
對(duì)于行業(yè)目前超熱門的金剛石，雖然被譽(yù)為終極半導(dǎo)體。但距離實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用尚有較大距離。金剛石半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展究竟卡在哪？
眾所周知，由于金剛石的性能優(yōu)勢(shì)，人們很早就開啟了對(duì)金剛石的研究。20世紀(jì)70年代，美國(guó)科學(xué)家開發(fā)出利用高溫高壓法(HPHT)生長(zhǎng)小塊狀金剛石單晶，開啟了金剛石研究的熱潮。近年來隨著后摩爾時(shí)代的來臨，人們?cè)谛虏牧项I(lǐng)域的研發(fā)投入不斷增長(zhǎng)，也加速了金剛石等超寬禁帶半導(dǎo)體材料的開發(fā)。
但金剛石自身作為半導(dǎo)體材料，目前仍處于基礎(chǔ)研究尚待突破階段，在材料、器件等方面都有大量科學(xué)問題尚需攻克，例如金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學(xué)發(fā)展的主要障礙，其中，大尺寸拼接單晶、異質(zhì)外延、摻雜、器件可靠性、減薄拋光等都是現(xiàn)階段存在的問題。
作為半導(dǎo)體材料，首先晶圓尺寸決定了產(chǎn)能的大小。像碳化硅晶圓尺寸正在從6英寸轉(zhuǎn)向8英寸，硅晶圓目前也繼續(xù)大力發(fā)展12英寸的產(chǎn)能。
但金剛石目前從單晶和多晶的晶片上看，尺寸都受到很大限制，原因是金剛石大尺寸的襯底材料缺乏。異質(zhì)外延是目前大單晶生長(zhǎng)常用方法。CVD同質(zhì)外延生長(zhǎng)的單晶薄片具有缺陷密度低的特點(diǎn)，最大尺寸可達(dá)1英寸；采用“平鋪克隆”晶片的馬賽克拼接技術(shù)生長(zhǎng)的金剛石晶圓可達(dá)2英寸。而采用單晶金剛石異質(zhì)外延技術(shù)的晶圓可達(dá)4英寸。
但采用異質(zhì)外延襯底、襯底拼接等方式得到的大尺寸金剛石外延材料缺陷則過高，難以用于半導(dǎo)體器件制造，1-2英寸的金剛石晶圓顯然是難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的。
金剛石材料本身屬于絕緣體，通過硼摻雜可以實(shí)現(xiàn)p型導(dǎo)電，但硼摻雜金剛石的電離能較高，在室溫下很難完全電離，而重?fù)诫s又會(huì)導(dǎo)致金剛石表面缺陷，半導(dǎo)體性質(zhì)下降，過去20多年來，N型摻雜技術(shù)一直被認(rèn)為是一個(gè)難點(diǎn)，這也是限制了金剛石作為半導(dǎo)體器件材料的重要因素。
另外，金剛石的平整度及粗糙度嚴(yán)重制約著器件的質(zhì)量，限制發(fā)揮其原有的性能。
半導(dǎo)體晶圓需要一個(gè)平坦的面，幾個(gè)原子凸起都會(huì)極大影響半導(dǎo)體性能。而金剛石在直接生長(zhǎng)時(shí)，表面并不平滑，需要后續(xù)加工處理，只有將一塊單晶金剛石晶圓片打磨至接近原子級(jí)的平滑度，才能取代電子設(shè)備中的一些硅元件。金剛石也是自然界最硬的物質(zhì)，其超精密研磨拋光技術(shù)的發(fā)展十分重要，也是決定金剛石能否做晶圓的關(guān)鍵技術(shù)。除了研發(fā)出高性能的材料以外，封裝、鍵合等周邊技術(shù)也是影響金剛石“造芯”之路的重要因素。
?03?? ?國(guó)際布局金剛石半導(dǎo)體的情況如何？
目前業(yè)界對(duì)金剛石半導(dǎo)體的關(guān)注程度越高，優(yōu)勢(shì)資源不斷匯集，也加速了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化速度。這意味著鉆石晶圓時(shí)代的開始。
2022年，日本安達(dá)滿納米奇精密寶石有限公司（2023年1月1日起，變更為Orbray株式會(huì)社）聯(lián)合日本佐賀大學(xué)成功開發(fā)了超高純度2英寸金剛石晶圓的量產(chǎn)方法。雙方也利用2英寸晶圓，研發(fā)出了輸出功率為875MW/cm2（為全球最高）、高壓達(dá)2568V的半導(dǎo)體。
2022年8月，誕生了一家以“實(shí)現(xiàn)金剛石半導(dǎo)體實(shí)用化”為業(yè)務(wù)目標(biāo)的初創(chuàng)型企業(yè)，即日本早稻田大學(xué)下屬的Power Diamond Systems（簡(jiǎn)稱為：“PDS”）。該公司的目標(biāo)是把金剛石半導(dǎo)體行業(yè)的先驅(qū)一一川原田洋教授的研發(fā)成果推向?qū)嵱没?/p>
2023年10月，Diamond Foundry（簡(jiǎn)稱DF）的公司，采用異質(zhì)外延法創(chuàng)造出了世界上首個(gè)單晶鉆石晶圓（Diamond Wafer），直徑100毫米、重110克拉。按照DF公司的說法，他們可以實(shí)現(xiàn)將鉆石直接以原子方式與集成電路晶圓粘合，晶圓厚度可以達(dá)到埃級(jí)精度，這不僅凸顯了其粘合精度之高，而且為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來向納米甚至埃米級(jí)別進(jìn)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
2023年11月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與華為專利，“一種基于硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法”。這項(xiàng)專利涉及芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，主要是實(shí)現(xiàn)了以Cu/SiO2混合鍵合為基礎(chǔ)的硅/金剛石三維異質(zhì)集成。三維集成技術(shù)能實(shí)現(xiàn)多芯片、異質(zhì)芯片集成等多層堆疊的三維（3D）集成，但電子芯片的熱管理面臨極大的挑戰(zhàn)。
2024年2月，廈門大學(xué)于大全、鐘毅團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為技術(shù)有限公司采用金剛石低溫鍵合與玻璃轉(zhuǎn)接板2.5D先進(jìn)封裝工藝，對(duì)金剛石散熱技術(shù)進(jìn)行了研究驗(yàn)證。該研究采用納米金屬中間層實(shí)現(xiàn)了金剛石與硅熱測(cè)試芯片的200℃低溫鍵合，避免了高溫工藝造成的應(yīng)力和微凸塊損壞等問題。經(jīng)過對(duì)芯片溫度進(jìn)行測(cè)試，在1.5-2W/mm2的局部功率密度下，采用金剛石鍵合的芯片可將最高溫度降低近20℃。該結(jié)果顯示了金剛石卓越的散熱性能以及金剛石-芯片鍵合工藝應(yīng)用的可行性。
2024年，日本國(guó)立材料科學(xué)研究所（NIMS）團(tuán)隊(duì)開發(fā)出世界上第一個(gè)n溝道金剛石MOSFET。該團(tuán)隊(duì)基于步進(jìn)流成核模式制造了具有原子級(jí)平坦表面的電子級(jí)磷摻雜n型金剛石外延層，展示了n溝道金剛石 MOSFET。n型金剛石MOSFET在573 K時(shí)表現(xiàn)出約150 cm2?V-1?s-1的高場(chǎng)效應(yīng)遷移率，這是所有基于寬帶隙半導(dǎo)體的n溝道MOSFET中最高的。這項(xiàng)工作為開發(fā)節(jié)能且高可靠性的 CMOS 集成電路，用于惡劣環(huán)境下的高功率電子器件、集成自旋電子學(xué)和極端傳感器邁出了關(guān)鍵一步。
基于業(yè)界長(zhǎng)期的研發(fā)活動(dòng)，如今金剛石半導(dǎo)體相關(guān)功能應(yīng)用已經(jīng)開始逐步邁向?qū)嵱没?。但要真正普及推廣金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用，依然需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，不過最新市場(chǎng)反饋，金剛石在高功率器件散熱領(lǐng)域的應(yīng)用，已初步得到市場(chǎng)驗(yàn)證，大規(guī)模商業(yè)化，或不遠(yuǎn)矣！
????CarbonSemi 2024
4月25-26日，DT新材料“助力碳基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程”為主題，聯(lián)合寧波材料所、甬江實(shí)驗(yàn)室、寧波工程學(xué)院等團(tuán)隊(duì)，在寧波，共同主辦第四屆碳基半導(dǎo)體材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇（CarbonSemi 2024），將針對(duì)金剛石半導(dǎo)體單晶、多晶晶圓生長(zhǎng)、晶圓拋光、加工及應(yīng)用解決方案、以及金剛石與高功率器件鍵合、異質(zhì)集成、加工等話題展開深入探討！
CarbonSemi 2024
2024年4月25-26日 浙江·寧波
掃描二維碼，了解第四屆碳基半導(dǎo)體材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇
另外本次參加CarbonSemi2024，并帶產(chǎn)品展示的企業(yè)有：
寧波晶鉆科技股份有限公司山東力冠微電子裝備有限公司寧波鮑斯能源裝備股份有限公司北京朗潤(rùn)達(dá)科貿(mào)有限公司鉑世光（上海）技術(shù)有限公司碳方程新材料（山西）有限公司廣州夢(mèng)鉆科技有限公司上海麥曲能源科技有限公司深圳超磁機(jī)器人科技有限公司浙江飛越機(jī)電有限公司福祿克測(cè)試儀器（上海）有限公司北京媯水科技有限公司安徽明辨電子科技有限公司深圳摩極科技有限公司佛山市海光智能科技有限公司河北普萊斯曼金剛石科技有限公司北京特思迪半導(dǎo)體設(shè)備有限公司廣州三義激光科技有限公司北京左文科技有限公司常州英諾激光科技有限公司天津中科晶禾電子科技有限責(zé)任公司無錫鑫磊精工科技有限公司寧波大艾激光科技有限公司精工銳意科技（河南）有限公司4月25-26日，寧波見~
CarbonSemi?2024
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