金刚石被誉为“终极半导体材料”
金刚石因其独特的物理和化学特性，远超传统半导体材料，在极端环境和未来科技中展现出颠覆性潜能。
金刚石的优势
极高硬度与耐磨性：莫氏硬度为10，维氏硬度约100GPa，是已知最硬天然材料，适用于超精密加工工具，寿命是硬质合金的100倍
极致热管理能力：热导率2200W（m·K），超越铜的5倍、碳化硅的15倍，无需复杂散热系统，是理想的散热材料，结温降低50℃，功率密度提升3倍
卓越光学性能：折射率2.417，色散值0.044，造就璀璨火彩；透光范围从紫外（225nm）至远红外（25μm），是理想的高功率激光窗口材料
电学特性可调：纯净金刚石为绝缘体（宽带隙5.5eV），可通过掺硼（p型）或磷（n型）掺杂，制备耐高温（＞500℃）、抗辐射的金刚石半导体器件
化学惰性：金刚石高耐腐蚀及稳定表现，使其可以用于极端环境的保护涂层，硼掺杂金刚石（BDD）电极去污率＞99.9%
金刚石的分类及制备技术
金刚石按照晶体结构与形态可分为单晶金刚石（SCD）、多晶金刚石（PCD）以及纳米金刚石（NDs），按照用途与性能可分为工业级、珠宝级、光学级以及电子级金刚石。单晶金刚石制备主要为高温高压法（HPHT）和化学气相沉积法（CVD）,HPHT法是石墨在5-6GPa、1300-1600℃下，通过金属催化剂转化为金刚石，0.1-5克拉单晶，含氮杂质较高，适用于工业级金刚石；CVD法是通过甲烷在低压下分解，碳原子在籽晶上外延生长而成，具备高纯度、大尺寸（＞10克拉）等优点，并且可精准掺杂，适用于珠宝级、光学级以及电子级金刚石。
工具级
精密刀具
金刚石线锯
石油钻头
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珠宝级
培育钻石
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光学级
激光窗口
红外窗口
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电子级
散热芯片
NV色心
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“大尺寸”“量子级”“绿色技术”是未来金刚石产业发展方向
5G/6G、电动汽车等高功率器件要求散热基板直径≥8英寸，而当前CVD法最大仅6英寸，在光学窗口应用中，传统拼接技术不能完全满足需求，如何提高生长速率、精准控制缺陷以及解决集成工艺难题将成为突破关键点。全球5G基站、电动汽车的飞速发展，使得半导体散热领域需求激增，预计2030年增至200亿美元（CAGR45%）,CVD法如突破8英寸单晶生长技术，将有力推动高功率芯片散热领域成本下降，重塑摩尔定律极限。
金刚石的氮空位（NV）色心在室温下量子相干时间达1秒（超导量子比特仅微秒级），是构建实用化量子计算机的理想平台。目前NV色心量子技术发展处于实验阶段，预计2030年整体市场规模超50亿美元（CAGR45%），包含量子计算（占比超60%）、量子传感器、量子通信等，美国、欧洲及中国均规划专项基金支持金刚石量子材料发展，商用金刚石量子芯片的问世将重定义信息时代。
绿色技术是可持续发展的关键，目前HPHT法单克拉能耗80-120kWh，全球年产量65亿克拉碳足迹将超过30亿吨，金刚石废料回收率不足5%，未来将逐步转化为低碳合成技术、用可再生能源制备氢，替代甲烷作为CVD碳源，实现零碳排放，同时采用机械化学回收，提高金刚石废料回收率，欧盟“碳关税”政策也将倒逼企业采用更绿色环保的金刚石技术，优化供应链格局。
来源：今日半导体
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