近日，日本EDP公司正式宣布開始發(fā)售1英寸金剛石單晶晶圓產(chǎn)品（直徑25mm，厚度0.05~1mm），在高性能半導(dǎo)體材料商業(yè)化進(jìn)程中邁出了關(guān)鍵一步。

該晶圓采用CVD（化學(xué)氣相沉積）工藝制備，面向高功率、高頻、高耐輻射等場景下的電子器件開發(fā)。此前，EDP已成功推出30×30mm的大尺寸單晶金剛石基板，而此次晶圓產(chǎn)品的正式發(fā)售，是其產(chǎn)品鏈從襯底向制程適配材料體系延伸的重要節(jié)點(diǎn)。這一動作反映了日本材料產(chǎn)業(yè)向下一代寬禁帶半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)型的明確路徑，也成為觀察全球金剛石晶圓產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀與格局的關(guān)鍵窗口。

金剛石因其極高的熱導(dǎo)率（>2000W/m·K）、極寬的帶隙（5.5eV）、高載流子遷移率、低介電常數(shù)與極高的擊穿電場（約10MV/cm）被視為“*半導(dǎo)體材料”。但受限于晶體生長難度與成本居高不下，長期以來其應(yīng)用仍局限于研究與極少量器件開發(fā)。

EDP此次開始發(fā)售的1英寸CVD單晶晶圓，具備較高晶體質(zhì)量（XRD擺動曲線半高寬10~50arcsec）、低氮摻雜濃度（<8ppm）、可控厚度（0.05–1mm）和（100）晶面，顯然面向的是已具備試制能力的功率器件或量子器件開發(fā)廠商。這種規(guī)格恰好填補(bǔ)了傳統(tǒng)5×5mm、10×10mm方形基板在現(xiàn)代晶圓制程體系中的局限。該公司表示，在相同晶圓面積下，1英寸晶圓的有效器件數(shù)量可比12.5mm（半英寸）的晶圓提高4倍以上，同時(shí)更適用于標(biāo)準(zhǔn)圓片制程，顯著提高封裝兼容性與良率評估效率。

更為關(guān)鍵的是，EDP并未止步于1英寸的產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)，該公司明確指出，已制定2英寸（50mm）馬賽克晶圓的開發(fā)路線圖，目標(biāo)在2025年年底前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

EDP并非孤例。在全球范圍內(nèi)，金剛石晶圓仍處于研發(fā)驗(yàn)證與工程化初期，*企業(yè)主要分布在美、日、中三國，其中ElementSix（隸屬于戴比爾斯集團(tuán)）和日本住友電工在晶體生長和材料純化方面具備深厚技術(shù)積累。

ElementSix?是當(dāng)前全球*大的CVD金剛石材料供應(yīng)商之一，其電子級金剛石材料廣泛應(yīng)用于量子計(jì)算、粒子探測器、高頻通訊器件等領(lǐng)域。據(jù)其官網(wǎng)公開資料，其電子器件級單晶產(chǎn)品*高尺寸約為10×10mm。住友電工則通過HPHT與CVD的復(fù)合工藝持續(xù)推進(jìn)材料端優(yōu)化，優(yōu)勢在于高一致性與批次控制。

在國內(nèi)方面，國機(jī)精工通過控股的國機(jī)金剛石與鄭州三磨所，推進(jìn)MPCVD設(shè)備國產(chǎn)化及高導(dǎo)熱單晶/多晶金剛石材料布局，聚焦熱管理、光學(xué)窗口、功能電極等特種應(yīng)用方向。2024年公司在新疆投建了年產(chǎn)400臺高功率MPCVD設(shè)備的中試與產(chǎn)業(yè)化平臺，目標(biāo)之一即是電子級晶圓化應(yīng)用。四方達(dá)近年來加速CVD金剛石材料布局，聚焦于散熱片、高強(qiáng)度涂層和部分微結(jié)構(gòu)器件開發(fā)。黃河旋風(fēng)已進(jìn)入培育鉆石和CVD金剛石合成技術(shù)領(lǐng)域，積極推動大單晶設(shè)備與分選加工系統(tǒng)的研發(fā)，并提出發(fā)展金剛石功能材料產(chǎn)業(yè)集群的規(guī)劃。沃爾德深耕高端刀具與超硬材料精密加工，在金剛石磨削、涂層技術(shù)方面具備系統(tǒng)優(yōu)勢，雖未大規(guī)模進(jìn)軍晶圓業(yè)務(wù)，但在技術(shù)工藝與應(yīng)用延伸方面形成了良好基礎(chǔ)。

值得注意的是，當(dāng)前流通市場上2英寸CVD金剛石晶圓大多為馬賽克拼接而成，其均勻性和晶界問題制約了其在高壓、大電流應(yīng)用場景下的推廣。而EDP此次開始發(fā)售的完整單晶1英寸圓片恰好在該維度上實(shí)現(xiàn)超越。

要實(shí)現(xiàn)金剛石晶圓從研發(fā)到量產(chǎn)的突破，單一技術(shù)或企業(yè)無法完成閉環(huán)，其背后需要完整的產(chǎn)業(yè)體系支持。從晶種、反應(yīng)器、氣源系統(tǒng)、退火/拋光處理、表征測試、應(yīng)用驗(yàn)證等各環(huán)節(jié)，缺一不可。EDP之所以能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品發(fā)售，得益于日本材料產(chǎn)業(yè)長期深耕基礎(chǔ)裝備制造與電子級材料評價(jià)體系的結(jié)果。反觀中國市場，盡管具備龐大的資本投入能力與下游應(yīng)用需求，但材料評價(jià)體系、上游設(shè)備穩(wěn)定性與基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)尚有短板。

在政策層面，隨著第三代半導(dǎo)體與類腦計(jì)算、量子信息等戰(zhàn)略賽道的推進(jìn)，國家層面已明確鼓勵(lì)碳基寬禁帶材料的發(fā)展。地方政府如新疆、河南、山東等地亦陸續(xù)出臺專項(xiàng)扶持政策，加速金剛石產(chǎn)業(yè)集群落地。2024年起，多個(gè)地方園區(qū)啟動金剛石裝備、高品級原料、晶圓后處理平臺的共建計(jì)劃，形成“裝備先行+材料突破+應(yīng)用牽引”的生態(tài)式推進(jìn)模式。

EDP開始發(fā)售1英寸金剛石單晶晶圓的動作，在全球范圍內(nèi)率先把晶圓級產(chǎn)品推進(jìn)到可銷售狀態(tài)，雖然尺寸尚未達(dá)到2英寸以上的制程普適門檻，但已顯著縮小研發(fā)與市場之間的“驗(yàn)證鴻溝”。

對我國而言，從金剛石的功能化、散熱應(yīng)用、窗口片，到*終走向2英寸甚至4英寸的電子級晶圓，其路徑必須同時(shí)解決“高質(zhì)量晶種+反應(yīng)器均勻性+后處理體系+應(yīng)用驗(yàn)證”四重挑戰(zhàn)。未來幾年，誰能率先完成這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)與標(biāo)準(zhǔn)化，誰就有可能在這場被譽(yù)為“碳基半導(dǎo)體皇冠”的材料競賽中搶占先機(jī)。

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