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       未来，电子零件将渗透到一切，产生一个新的和快速增长的污染问题。因此，未来的设备需要环保，并具有强大的回收选择。半导体技术的范式变化是基于可以满足这些标准的更合适材料的应用来预测的。碳基材料，尤其是金刚石，是很有前途的候选材料。

       该综述结合金刚石在电力电子、量子技术、生物电化学和微机电系统中的应用，介绍了金刚石的体积和表面特性。要进入商业市场，将需要大量的金刚石种子和晶圆。介绍了它们的可用性、质量和尺寸以及生产所需的能量。目前，CVD金刚石的生产能耗比硅高00-250倍。通过使用新的固体微波源可以解决这个问题。“绿色钻石”的定义考虑到了能源和甲烷/氢气生产方面的要求。简要讨论和比较了金刚石全球市场及其与SiC和GaN相比的相关潜力。

       文章以“CVD diamond: a review on options and reality”为题，于近日发表在 Functional Diamond 杂志上。

       https://doi.org/10.1080/26941112.2023.2201592

       CVD金刚石材料和宝石正在发展，金刚石将成为一个全球性的大玩家。2021年，全球合成金刚石(HPHT和CVD)市场规模在140亿美元左右，增长8%。约40%归因于高温高压，60%归因于CVD(抛光和粗糙)。这可以与全球钻石珠宝市场的650 - 800亿美元相比较。相比之下，2021年全球SiC市场约为30亿美元(复合年增长率11.7%)， 2021年全球GaN半导体器件市场为18.8亿美元（复合年增长率24.4）。

       这些数字表明了金刚石技术的重要性。未来的研发需要路线图来调整相关设备开发的科学和开发进度。为了生产圆片尺寸(2-4英寸或更大)的金刚石材料，需要新的沉积系统，并将与相关的蚀刻、光刻、步进和金属化技术结合使用。及时的发展需要密集的规划和沟通。

       CVD金刚石技术发展迅速。关键和重要的一步将是生产具有电子质量的金刚石晶圆。在这里，最近的位错密度最小化迈出了重要的一步，似乎建立了对缺陷和纯度的控制。目前有几家公司正在建立基于镶嵌金刚石或异质外延技术的大面积金刚石生产。MEMS或散热器中的应用对缺陷的要求并不高。在电子和光学质量有限的情况下，它们可以成为晶圆生产的“敲门人”。随着时间的推移，质量和晶圆尺寸的改进将是强制性的。

       量子技术、电力电子、电和生物电化学、MEMS和辐射检测方面的器件原型已经实现。大多数开发达到了“原型”级别或TLR 4，这是缺少晶圆的结果。为了与公司建立合作关系，原型设备需要显示出大规模生产的潜力。一个苛刻的要求是（a）金刚石晶圆需要可用以及(b)市场。根据文献资料，市场预期可以总结如下:

（1）2023年，全球金刚石NV中心的磁力计市场将接近1.6亿美元(复合年增长率为7.9%)。

（2）2025年人造金刚石纳米颗粒市场规模将达到1.4亿美元(复合年增长率为12.4%)。

（3）2023年，3kv二极管的电力电子市场规模为3500万美元。

       如果金刚石晶圆及时可用，这些市场可以通过金刚石器件来解决。

       具有大市场的新应用是散热器(2020年3200万美元)和MEMS(2019年11.5亿美元)，这两个市场都要求很高。基于AlScN/金刚石的MEMS与基于GaN/金刚石的5G放大站散热器存在巨大的热膨胀系数失配，难以组合。像晶圆键合这样的新技术可以解决这个问题。此外，某些应用需要8英寸或更大的晶圆进行商业化，并与其他材料(如AlScN)结合。此外，这些设备特别是手机等5G通信设备中的滤波器需要便宜。最后，金刚石的量子应用非常有吸引力，显示出最大的全球市场。金刚石在这一领域是独一无二的，但需要大规模生产才能进入和渗透这些市场。

       综上所述，CVD金刚石技术在金刚石质量、掺杂、3D成形、晶圆生产和优化以及器件原型设计等方面都取得了良好的进展。金刚石应用的市场是明确的和有前景的。需要的关键改进是：(a) 降低金刚石沉积技术的成本，以及(b) 建立用于大规模生产的金刚石晶圆。这两个主题将是未来成功的瓶颈。

       文献信息：

       Christoph E. Nebel (2023) CVD diamond: a review on options and reality, Functional Diamond, 3:1, 1-10, DOI: 10.1080/26941112.2023.2201592