未來，電子零件將滲透到一切，產生一個新的和快速增長的污染問題。因此，未來的設備需要環保，并具有強大的回收選擇。半導體技術的范式變化是基于可以滿足這些標準的更合適材料的應用來預測的。碳基材料，尤其是金剛石，是很有前途的候選材料。

       該綜述結合金剛石在電力電子、量子技術、生物電化學和微機電系統中的應用，介紹了金剛石的體積和表面特性。要進入商業市場，將需要大量的金剛石種子和晶圓。介紹了它們的可用性、質量和尺寸以及生產所需的能量。目前，CVD金剛石的生產能耗比硅高00-250倍。通過使用新的固體微波源可以解決這個問題。“綠色鉆石”的定義考慮到了能源和甲烷/氫氣生產方面的要求。簡要討論和比較了金剛石全球市場及其與SiC和GaN相比的相關潛力。

       文章以“CVD diamond: a review on options and reality”為題，于近日發表在 Functional Diamond 雜志上。

       https://doi.org/10.1080/26941112.2023.2201592

       CVD金剛石材料和寶石正在發展，金剛石將成為一個全球性的大玩家。2021年，全球合成金剛石(HPHT和CVD)市場規模在140億美元左右，增長8%。約40%歸因于高溫高壓，60%歸因于CVD(拋光和粗糙)。這可以與全球鉆石珠寶市場的650 - 800億美元相比較。相比之下，2021年全球SiC市場約為30億美元(復合年增長率11.7%)， 2021年全球GaN半導體器件市場為18.8億美元（復合年增長率24.4）。

       這些數字表明了金剛石技術的重要性。未來的研發需要路線圖來調整相關設備開發的科學和開發進度。為了生產圓片尺寸(2-4英寸或更大)的金剛石材料，需要新的沉積系統，并將與相關的蝕刻、光刻、步進和金屬化技術結合使用。及時的發展需要密集的規劃和溝通。

       CVD金剛石技術發展迅速。關鍵和重要的一步將是生產具有電子質量的金剛石晶圓。在這里，最近的位錯密度最小化邁出了重要的一步，似乎建立了對缺陷和純度的控制。目前有幾家公司正在建立基于鑲嵌金剛石或異質外延技術的大面積金剛石生產。MEMS或散熱器中的應用對缺陷的要求并不高。在電子和光學質量有限的情況下，它們可以成為晶圓生產的“敲門人”。隨著時間的推移，質量和晶圓尺寸的改進將是強制性的。

       量子技術、電力電子、電和生物電化學、MEMS和輻射檢測方面的器件原型已經實現。大多數開發達到了“原型”級別或TLR 4，這是缺少晶圓的結果。為了與公司建立合作關系，原型設備需要顯示出大規模生產的潛力。一個苛刻的要求是（a）金剛石晶圓需要可用以及(b)市場。根據文獻資料，市場預期可以總結如下:

（1）2023年，全球金剛石NV中心的磁力計市場將接近1.6億美元(復合年增長率為7.9%)。

（2）2025年人造金剛石納米顆粒市場規模將達到1.4億美元(復合年增長率為12.4%)。

（3）2023年，3kv二極管的電力電子市場規模為3500萬美元。

       如果金剛石晶圓及時可用，這些市場可以通過金剛石器件來解決。

       具有大市場的新應用是散熱器(2020年3200萬美元)和MEMS(2019年11.5億美元)，這兩個市場都要求很高。基于AlScN/金剛石的MEMS與基于GaN/金剛石的5G放大站散熱器存在巨大的熱膨脹系數失配，難以組合。像晶圓鍵合這樣的新技術可以解決這個問題。此外，某些應用需要8英寸或更大的晶圓進行商業化，并與其他材料(如AlScN)結合。此外，這些設備特別是手機等5G通信設備中的濾波器需要便宜。最后，金剛石的量子應用非常有吸引力，顯示出最大的全球市場。金剛石在這一領域是獨一無二的，但需要大規模生產才能進入和滲透這些市場。

       綜上所述，CVD金剛石技術在金剛石質量、摻雜、3D成形、晶圓生產和優化以及器件原型設計等方面都取得了良好的進展。金剛石應用的市場是明確的和有前景的。需要的關鍵改進是：(a) 降低金剛石沉積技術的成本，以及(b) 建立用于大規模生產的金剛石晶圓。這兩個主題將是未來成功的瓶頸。

       文獻信息：

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