作為半導(dǎo)體材料，金剛石單晶和多晶材料制備要求與應(yīng)用方向大有不同。

       金剛石多晶與應(yīng)用 

       CVD多晶金剛石膜的制備方法，包括高功率直流電弧等離子體噴射CVD、熱絲CVD及MPCVD等。光學(xué)級(jí)、電子級(jí)多晶金剛石膜的制備要求沉積速率理想和缺陷密度極低或可控，無電極污染放電的MPCVD必然成了電子級(jí)、光學(xué)級(jí)金剛石膜制備的理想方法。但多晶金剛石生長(zhǎng)速度較慢，其晶向一致性對(duì)加工至關(guān)重要，加工比較難。

       相對(duì)于苛刻的光學(xué)級(jí)、電子級(jí)多晶金剛石膜制備、應(yīng)用條件而言，多晶金剛石膜作為半導(dǎo)體功率器件散熱的熱沉應(yīng)用更廣，需求更大、更迫切。目前其沉淀的技術(shù)水平也較容易實(shí)現(xiàn)。

       此外，多晶金剛石的制備成本相對(duì)于單晶金剛石的制備成本優(yōu)勢(shì)更加明顯。近30年來MPCVD多晶金剛石膜作為熱沉應(yīng)用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的研究從未間斷，目前英寸級(jí)Si基多晶金剛石膜應(yīng)用于HEMTs器件中，器件的RF功率密度得到有效提高，達(dá)到23W/mm以上。當(dāng)前，制備出的熱沉級(jí)多晶金剛石膜的尺寸可達(dá)到8英寸，隨著MPCVD技術(shù)的改善升級(jí)有望與現(xiàn)存的8英寸半導(dǎo)體晶圓制造產(chǎn)線兼容，最終實(shí)現(xiàn)多晶金剛石熱沉材料在半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化應(yīng)用推廣。

       金剛石單晶與應(yīng)用 

       與多晶金剛石相比，無晶界制約的單晶金剛石（SCD）的光學(xué)、電學(xué)性能更加優(yōu)異，在量子通信／計(jì)算輻射探測(cè)器、冷陰極場(chǎng)發(fā)射顯示器、半導(dǎo)體激光器、超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU芯片多維集成電路及軍用大功率雷達(dá)微波行波管導(dǎo)熱支撐桿等前沿科技領(lǐng)域的應(yīng)用效果突出，而制備出大尺寸高質(zhì)量的SCD是前提。

       金剛石作為晶圓，其尺寸必須要達(dá)到2英寸以上。目前制備大尺寸金剛石及晶圓的技術(shù)主要有同質(zhì)外延生長(zhǎng)、馬賽克晶圓制備和異質(zhì)外延生長(zhǎng)等技術(shù)。

       馬賽克拼接法作為制備大尺寸SCD可行性較高的一種方法，將多片均一襯底拼接生長(zhǎng)，結(jié)合剝離技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)大尺寸SCD的制備，目前已實(shí)現(xiàn)單晶wafer最大2英寸，但對(duì)襯底均一性要求高、存在晶界，會(huì)導(dǎo)致拼接處存在應(yīng)力、缺陷等問題，影響了SCD拼接片的質(zhì)量。另外成本高，需要注入剝離技術(shù)，成品率很低。

       合成高質(zhì)量的同質(zhì)外延金剛石層是制備金剛石電子器件的重要技術(shù)之一，其具有缺陷密度低的特點(diǎn)，最大尺寸可達(dá)0.5英寸(1英寸=2.54cm)。在同質(zhì)外延制備單晶金剛石的過程中，如何將單晶金剛石從襯底上剝離，是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是比較困難的。因?yàn)橐r底同樣是堅(jiān)硬無比的單晶金剛石，不能用普通的切割方法進(jìn)行切割，常用的方法有機(jī)械拋光和激光切割。

       除了同質(zhì)外延，異質(zhì)外延也是生長(zhǎng)大面積單晶金剛石的一種有效方法。異質(zhì)外延是指在Si、藍(lán)寶石、MgO等襯底上利用緩沖層來緩解金剛石與襯底的熱失配和晶格失配，最終實(shí)現(xiàn)單晶金剛石薄膜的生長(zhǎng)，其中最有效的緩沖層為Ir等。理論上該方法可以生長(zhǎng)面積足夠大的單晶金剛石，以滿足其在電子器件領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化需求。其主要不足是缺陷密度高。

       在微波等離子化學(xué)氣相沉積(MPCVD) 生長(zhǎng)技術(shù)中突破了加氮高速生長(zhǎng)、脈沖放電高效率生長(zhǎng)和離子注入剝離等關(guān)鍵技術(shù)后，近10年來又實(shí)現(xiàn)了多方向重復(fù)的三維 MPCVD高速外延生長(zhǎng)(生長(zhǎng)速率100 μm·h-1) ，大尺寸、厚而無多晶金剛石邊緣的生長(zhǎng)和采用等離子體CVD在 (H，C，N，O)系統(tǒng)中200h無邊界連續(xù)生長(zhǎng)等創(chuàng)新技術(shù)。