金剛石為何能用來做半導體？

近日，中國科學院院士、超硬材料國家重點實驗室主任鄒廣田在院士在金剛石產業大會上分享時表示，金剛石是集優異的電學、光學、力學、熱學和化學等特性于一身的超寬禁帶半導體，甚至被一些學者譽為“終極半導體材料”“終極室溫量子材料”。

“除了禁帶寬度大，金剛石還具有熱導率高、空穴遷移率高、絕緣強度高和介電常數低等優點。”鄒廣田舉例介紹，熱導率高不僅有利于制作高功率放大器，如果以金剛石做芯片，其熱導率也可以有效緩解手機使用過程中容易發熱的問題。公開資料顯示，今年年初，使用金剛石的電力控制用半導體開發取得新進展。日本佐賀大學嘉數誠教授與精密零部件制造商日本Orbray合作開發出了用金剛石制成的功率半導體，并以1平方厘米875兆瓦的電力運行。

浙商證券王華君等人在此前發布的研報中表示，半導體材料是制作半導體器件和集成電路的電子材料。耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫，多重特性助推金剛石成下一代半導體材料。金剛石禁帶寬度5.5eV超現有氮化鎵、碳化硅等，載流子遷移率也是硅材料的3倍，同時金剛石在室溫下有極低的本征載流子濃度，且具備優異的耐高溫屬性。

“此前，由于其較高的硬度和力學特性，金剛石也被譽為‘工業牙齒’，被廣泛用于地質鉆探，非鐵金屬及合金、硬質合金、石墨、塑料橡膠、陶瓷和木材等材料的切削加工等領域，也是石油天然氣鉆井、切割鉆頭上的核心部件。”鄒廣田表示。

談及行業發展，鄒廣田表示，目前我國正在向超硬材料強國邁進，并逐步進入超硬向多功能發展的轉型時期。鄒廣田建議，一是金剛石產業要向高端原料和制品發展，大力提高產品品質，并打造一批國際品牌；二是向應用廣度發展，要在耐磨產品領域替代碳化硅和剛玉等普通磨料，在超硬產品領域替代硬質合金；三是向納米尺寸發展，要著力發展制造、提純、表面修飾等技術，開發新應用領域，特別是生物醫藥等領域。

在鄒廣田看來，納米尺寸金剛石未來應用領域之廣，不亞于現有傳統超硬材料。“在新應用方面，相關研發機構可以向寬禁帶半導體領域發展，解決卡脖子技術難關。”鄒廣田表示，而這也需要進一步加強研制新型CVD設備，為大尺寸、高品質金剛石晶圓制備和后硅時代電子學的發展奠定堅實基礎。

鄒廣田還建議加強基礎研究，理論與實驗結合，從源頭上實現0到1的突破，創造更多新型超硬多功能材料，包括研究金剛石生長機理、新型催化劑和原材料、金剛石生長的詳細溫壓相圖、不同樣貌金剛石的可控設備、3D打印金剛石制品新技術等領域，為我國金剛石產業轉型提供技術支撐。