“终极半导体材料:未来科技发展的加速器
- 作者:碳方程新材料(山西)有限公司
- 类别:行业新闻
- 更新时间:2024-11-29 16:32:27
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近年来,在半导体行业中,金刚石逐渐成为了关注热点。为了实现绿色低碳的目标,过去几年中,半导体行业正在不断追求更高效、更强大的半导体器件。传统硅材料虽然被广泛使用,但在效率方面正日益逼近其极限,尤其是在高温和高压条件下。氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等半导体材料的出现与发展,让行业突破了硅的限制,开发出更高效、更可持续的技术,如今这些材料在可再生能源系统、电动汽车和其他减少碳排放的技术中发挥着关键作用。然而,探索并不止于此。长期以来,金刚石因其审美价值而受到重视。如今,金刚石作为一种新型半导体材料闯入了大家的视线当中,并引发了研究人员和行业专家的关注。
金刚石是集优异的电学、光学、力学、热学和化学等特性于一身的超宽禁带半导体,被誉为“终极半导体材料”、“终极室温量子材料”,作为具有独特物理化学特性的新型材料,未来应用领域广阔。
金刚石半导体具有超宽禁带(5.45eV)、高击穿场强(10MV/cm)、高载流子饱和漂移速度、高热导率(22 W/cmK)等材料特性,远远高于第三代半导体材料 GaN 和 SiC,以及优异的器件品质因子(Johnson、Keyes、Baliga),采用金刚石衬底可研制高温、高频、大功率、抗辐照电子器件,克服器件的“自热效应”和“雪崩击穿”等技术瓶颈,在5G/6G通信,微波/毫米波集成电路、探测与传感等领域发展起到重要作用。
另外由于金刚石具有很大的激子束缚能(80meV),使其在室温下可实现高强度的自由激子发射(发光波长约为 235nm),在制备大功率深紫外发光二极管方面具有较大的潜力,其在极紫外深紫外和高能粒子探测器的研制中也发挥重要作用。
通过使用金刚石电子器件,不仅可以减轻传统半导体的热管理需求,而且这些设备的能源效率更高,并且可以承受更高的击穿电压和恶劣的环境。
例如,在电动汽车中,基于金刚石的功率电子器件可以实现更高效的功率转换、延长电池寿命以及缩短充电时间;在电信领域,尤其是在5G及更高级别网络的部署中,对高频和高功率器件的需求日益增长。单晶金刚石基板提供了必要的热管理和频率性能,支持下一代通信系统,包括射频开关、放大器和发射器;消费电子领域,单晶金刚石基板可以推动更小、更快、更高效的智能手机、笔记本电脑和可穿戴设备组件的开发,从而带来新的产品创新并提高消费电子市场的整体性能。
据市场调研机构Virtuemarket数据指出,2023年全球金刚石半导体基材市场价值为1.51亿美元,预计到2030年底市场规模将达到3.42亿美元。在2024-2030年的预测复合年增长率为12.3%。其中,在中国、日本和韩国等国家电子和半导体行业不断增长的需求的推动下,亚太地区预计将主导金刚石半导体衬底市场,到2023年预计将占全球收入份额的40%以上。
特性优势和广阔前景驱动下,金刚石在半导体产业链上的多个环节已经展现出巨大的潜力和价值。从热沉、封装到微纳加工,再到BDD电极及量子科技应用,金刚石正逐步渗透到半导体行业的各个关键领域,推动技术创新与产业升级。
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