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        01、870万欧元！Diamfab获得首轮融资

       近日，总部位于格勒诺布尔的金刚石半导体初创企业Diamfab宣布获得首轮融资870万欧元。本轮融资来自Asterion Ventures，以及法国政府代表及管理的法国科技种子基金（法国2030的一部分）、Kreaxi与Avenir Industrie Auvergne-Rhône-Alpes地区基金、Better Angle、Hello Tomorrow和Grenoble Alpes Métropole。

       这次Diamfab的融资成功不仅为其技术研发和市场拓展提供了强大的支持，也反映了法国政府对于科技创新和绿色转型的重视。以及国际对金刚石半导体技术的积极布局。这也说明，金刚石半导体，越来越近！

       据了解，Diamfab是一家总部位于法国的初创创新企业，专注于用于下一代电子产品的金刚石半导体晶圆技术。该公司是法国国家科学研究中心（CNRS）和Néel研究所的衍生产品，是30年来金刚石生长研发的成果。Diamfab 项目成立于2016年，在SATT Linksium Grenoble Alpes内孵化，最终于2019年3月成立了该公司。该公司由两位纳米电子学博士、半导体金刚石领域公认的研究人员Gauthier Chicot和Khaled Driche创立。

       自2019年成立以来，Diamfab致力于将这一专业知识推向产业规模，参与解决重大社会问题。该公司技术涉及能源效率、电动汽车、绿色氢的生产、减少碳足迹，甚至核废料的回收等领域。

       02    Diamfab在金刚石半导体的布局

       金刚石，作为超宽带隙半导体，被公认为终极功率半导体，其Baliga品质因数比SiC高40倍，比GaN高100倍。毫无疑问，它将成为新一代电源管理电子元件的首选材料。

       为了满足汽车、可再生能源和量子行业的半导体和功率元件市场的需求，几年来，Diamfab 公司积极布局金刚石芯片，在金刚石外延和掺杂领域开发了突破性技术，率先使用在电动汽车领域。同时，该公司也为电动汽车的全金刚石电容器申请了四项专利，其核心点在于薄金刚石层的生长和掺杂，以及金刚石电子元件的设计。Diamfab 公司也正在与该领域的领先企业合作，目前已经实现超过 1000A/cm2 的高电流密度以及大于7.7MV/cm的击穿电场，明显优于SiC等现有材料为电力电子器件所提供的数据。

       据该公司称，在汽车应用中，Diamfab晶圆可以使功率转换器的重量减少80%，结构更紧凑。在电网应用中，与硅相比，Diamfab晶圆还可以更轻松地处理更高的电压，并将能量损失减少10倍。

       另外，Diamfab能生长从几纳米到几十微米的合成金刚石材料的专利方法，被认为是业内独一无二的。“我们在专有控制下合成和掺杂金刚石外延层，”Driche 说，“这使我们能够生长金刚石掺杂层的堆栈，以形成高价值的晶圆，为设备制造做好准备。”解释说。

       Chicot表示“我们有一个明确的路线图，到2025年实现4英寸晶圆，作为大规模生产的关键推动因素。”

       Diamfab 表示：“在未来 10 年内，我们希望所有电动汽车都配备金刚石，就像我们位于格勒诺布尔的同事 Soitec 在所有采用 SOI（绝缘体上硅）芯片的智能手机中处于领先地位一样。”

       另外，在价值链中，Diamfab 充当了材料和设备之间的桥梁。2022年，Diamfab推出双重业务战略。在这种新方法下，Diamfab将通过面向应用的战略合作伙伴关系和联盟直接销售其技术。应用范围从带有金刚石电力电子器件的电动汽车到具有 20 年长寿命电池的物联网，再到核能和空间应用或医疗保健中的辐射加固探测器，甚至是用于自动驾驶汽车的超精密量子传感器。据了解，该计划是以应用为导向，与更广泛的工业伙伴合作，开发和销售高附加值的金刚石晶圆和金刚石器件制造工艺，通过内部能力和基于共同开发的扩展合作伙伴生态系统的组合来实现可扩展的上市模式。

       目前，Diambab与合作伙伴全面合作，主要包括二极管、晶体管、电容器、量子传感器和高能探测器。该公司的第一个市场是电动汽车电容器，与目前的电容器技术相比，金刚石半导体的优势显示出巨大的潜力，可以在汽车的使用寿命内提高紧凑性和性能。

       2024年，本次第一轮融资也将使 Diamfab 能够建立一条试验线，以实现其技术的预工业化，加速其开发，从而满足对金刚石半导体不断增长的需求。

       “在我们这样一个尖端行业的发展中，每个阶段都是必不可少的。该试点项目将促进我们与合作伙伴的许多讨论，并加强我们的关系。这是至关重要的。”Diamfab董事长Gauthier Chicot评论道。

       “我们开发的技术可以大大减少半导体的历史碳足迹，并通过将欧洲的一个关键产业迁移到欧洲来实现这一目标，这是我们与Asterion的投资重点之一。工业深度技术公司需要冷静、长期的支持，而这正是我们所提供的，”Asterion Ventures合伙人查尔斯-亨利•乔尔解释道。

        03、金刚石半导体卡在哪？

       对于行业目前超热门的金刚石，虽然被誉为终极半导体。但距离实现商业应用尚有较大距离。金刚石半导体产业发展究竟卡在哪？

       众所周知，由于金刚石的性能优势，人们很早就开启了对金刚石的研究。20世纪70年代，美国科学家开发出利用高温高压法(HPHT)生长小块状金刚石单晶，开启了金刚石研究的热潮。近年来随着后摩尔时代的来临，人们在新材料领域的研发投入不断增长，也加速了金刚石等超宽禁带半导体材料的开发。

       但金刚石自身作为半导体材料，目前仍处于基础研究尚待突破阶段，在材料、器件等方面都有大量科学问题尚需攻克，例如金刚石材料的高成本和小尺寸是制约金刚石功率电子学发展的主要障碍，其中，大尺寸拼接单晶、异质外延、掺杂、器件可靠性、减薄抛光等都是现阶段存在的问题。

       作为半导体材料，首先晶圆尺寸决定了产能的大小。像碳化硅晶圆尺寸正在从6英寸转向8英寸，硅晶圆目前也继续大力发展12英寸的产能。

       但金刚石目前从单晶和多晶的晶片上看，尺寸都受到很大限制，原因是金刚石大尺寸的衬底材料缺乏。异质外延是目前大单晶生长常用方法。CVD同质外延生长的单晶薄片具有缺陷密度低的特点，最大尺寸可达1英寸；采用“平铺克隆”晶片的马赛克拼接技术生长的金刚石晶圆可达2英寸。而采用单晶金刚石异质外延技术的晶圆可达4英寸。

       但采用异质外延衬底、衬底拼接等方式得到的大尺寸金刚石外延材料缺陷则过高，难以用于半导体器件制造，1-2英寸的金刚石晶圆显然是难以实现商业化的。

       金刚石材料本身属于绝缘体，通过硼掺杂可以实现p型导电，但硼掺杂金刚石的电离能较高，在室温下很难完全电离，而重掺杂又会导致金刚石表面缺陷，半导体性质下降，过去20多年来，N型掺杂技术一直被认为是一个难点，这也是限制了金刚石作为半导体器件材料的重要因素。

       另外，金刚石的平整度及粗糙度严重制约着器件的质量，限制发挥其原有的性能。

       半导体晶圆需要一个平坦的面，几个原子凸起都会极大影响半导体性能。而金刚石在直接生长时，表面并不平滑，需要后续加工处理，只有将一块单晶金刚石晶圆片打磨至接近原子级的平滑度，才能取代电子设备中的一些硅元件。金刚石也是自然界最硬的物质，其超精密研磨抛光技术的发展十分重要，也是决定金刚石能否做晶圆的关键技术。除了研发出高性能的材料以外，封装、键合等周边技术也是影响金刚石“造芯”之路的重要因素。

        04、国际布局金刚石半导体的情况如何？

        目前业界对金刚石半导体的关注程度越高，优势资源不断汇集，也加速了研发和产业化速度。这意味着钻石晶圆时代的开始。

        2022年，日本安达满纳米奇精密宝石有限公司（2023年1月1日起，变更为Orbray株式会社）联合日本佐贺大学成功开发了超高纯度2英寸金刚石晶圆的量产方法。双方也利用2英寸晶圆，研发出了输出功率为875MW/cm2（为全球最高）、高压达2568V的半导体。

        2022年8月，诞生了一家以“实现金刚石半导体实用化”为业务目标的初创型企业，即日本早稻田大学下属的Power Diamond Systems（简称为：“PDS”）。该公司的目标是把金刚石半导体行业的先驱一一川原田洋教授的研发成果推向实用化。

        2023年10月，Diamond Foundry（简称DF）的公司，采用异质外延法创造出了世界上首个单晶钻石晶圆（Diamond Wafer），直径100毫米、重110克拉。按照DF公司的说法，他们可以实现将钻石直接以原子方式与集成电路晶圆粘合，晶圆厚度可以达到埃级精度，这不仅凸显了其粘合精度之高，而且为半导体产业未来向纳米甚至埃米级别进展提供了坚实的技术基础。

        2023年11月，哈尔滨工业大学与华为专利，“一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法”。这项专利涉及芯片制造技术领域，主要是实现了以Cu/SiO2混合键合为基础的硅/金刚石三维异质集成。三维集成技术能实现多芯片、异质芯片集成等多层堆叠的三维（3D）集成，但电子芯片的热管理面临极大的挑战。

        2024年2月，厦门大学于大全、钟毅团队联合华为技术有限公司采用金刚石低温键合与玻璃转接板2.5D先进封装工艺，对金刚石散热技术进行了研究验证。该研究采用纳米金属中间层实现了金刚石与硅热测试芯片的200℃低温键合，避免了高温工艺造成的应力和微凸块损坏等问题。经过对芯片温度进行测试，在1.5-2W/mm2的局部功率密度下，采用金刚石键合的芯片可将最高温度降低近20℃。该结果显示了金刚石卓越的散热性能以及金刚石-芯片键合工艺应用的可行性。

        2024年，日本国立材料科学研究所（NIMS）团队开发出世界上第一个n沟道金刚石MOSFET。该团队基于步进流成核模式制造了具有原子级平坦表面的电子级磷掺杂n型金刚石外延层，展示了n沟道金刚石 MOSFET。n型金刚石MOSFET在573 K时表现出约150 cm2 V-1 s-1的高场效应迁移率，这是所有基于宽带隙半导体的n沟道MOSFET中最高的。这项工作为开发节能且高可靠性的 CMOS 集成电路，用于恶劣环境下的高功率电子器件、集成自旋电子学和极端传感器迈出了关键一步。

        基于业界长期的研发活动，如今金刚石半导体相关功能应用已经开始逐步迈向实用化。但要真正普及推广金刚石在半导体领域的应用，依然需要花费很长的时间，不过最新市场反馈，金刚石在高功率器件散热领域的应用，已初步得到市场验证，大规模商业化，或不远矣！