01、870萬歐元！Diamfab獲得首輪融資

       近日，總部位于格勒諾布爾的金剛石半導體初創企業Diamfab宣布獲得首輪融資870萬歐元。本輪融資來自Asterion Ventures，以及法國政府代表及管理的法國科技種子基金（法國2030的一部分）、Kreaxi與Avenir Industrie Auvergne-Rh?ne-Alpes地區基金、Better Angle、Hello Tomorrow和Grenoble Alpes Métropole。

       這次Diamfab的融資成功不僅為其技術研發和市場拓展提供了強大的支持，也反映了法國政府對于科技創新和綠色轉型的重視。以及國際對金剛石半導體技術的積極布局。這也說明，金剛石半導體，越來越近！

       據了解，Diamfab是一家總部位于法國的初創創新企業，專注于用于下一代電子產品的金剛石半導體晶圓技術。該公司是法國國家科學研究中心（CNRS）和Néel研究所的衍生產品，是30年來金剛石生長研發的成果。Diamfab 項目成立于2016年，在SATT Linksium Grenoble Alpes內孵化，最終于2019年3月成立了該公司。該公司由兩位納米電子學博士、半導體金剛石領域公認的研究人員Gauthier Chicot和Khaled Driche創立。

       自2019年成立以來，Diamfab致力于將這一專業知識推向產業規模，參與解決重大社會問題。該公司技術涉及能源效率、電動汽車、綠色氫的生產、減少碳足跡，甚至核廢料的回收等領域。

       02    Diamfab在金剛石半導體的布局

       金剛石，作為超寬帶隙半導體，被公認為終極功率半導體，其Baliga品質因數比SiC高40倍，比GaN高100倍。毫無疑問，它將成為新一代電源管理電子元件的首選材料。

       為了滿足汽車、可再生能源和量子行業的半導體和功率元件市場的需求，幾年來，Diamfab 公司積極布局金剛石芯片，在金剛石外延和摻雜領域開發了突破性技術，率先使用在電動汽車領域。同時，該公司也為電動汽車的全金剛石電容器申請了四項專利，其核心點在于薄金剛石層的生長和摻雜，以及金剛石電子元件的設計。Diamfab 公司也正在與該領域的領先企業合作，目前已經實現超過 1000A/cm2 的高電流密度以及大于7.7MV/cm的擊穿電場，明顯優于SiC等現有材料為電力電子器件所提供的數據。

       據該公司稱，在汽車應用中，Diamfab晶圓可以使功率轉換器的重量減少80%，結構更緊湊。在電網應用中，與硅相比，Diamfab晶圓還可以更輕松地處理更高的電壓，并將能量損失減少10倍。

       另外，Diamfab能生長從幾納米到幾十微米的合成金剛石材料的專利方法，被認為是業內獨一無二的?！拔覀冊趯Ｓ锌刂葡潞铣珊蛽诫s金剛石外延層，”Driche 說，“這使我們能夠生長金剛石摻雜層的堆棧，以形成高價值的晶圓，為設備制造做好準備。”解釋說。

       Chicot表示“我們有一個明確的路線圖，到2025年實現4英寸晶圓，作為大規模生產的關鍵推動因素。”

       Diamfab 表示：“在未來 10 年內，我們希望所有電動汽車都配備金剛石，就像我們位于格勒諾布爾的同事 Soitec 在所有采用 SOI（絕緣體上硅）芯片的智能手機中處于領先地位一樣。”

       另外，在價值鏈中，Diamfab 充當了材料和設備之間的橋梁。2022年，Diamfab推出雙重業務戰略。在這種新方法下，Diamfab將通過面向應用的戰略合作伙伴關系和聯盟直接銷售其技術。應用范圍從帶有金剛石電力電子器件的電動汽車到具有 20 年長壽命電池的物聯網，再到核能和空間應用或醫療保健中的輻射加固探測器，甚至是用于自動駕駛汽車的超精密量子傳感器。據了解，該計劃是以應用為導向，與更廣泛的工業伙伴合作，開發和銷售高附加值的金剛石晶圓和金剛石器件制造工藝，通過內部能力和基于共同開發的擴展合作伙伴生態系統的組合來實現可擴展的上市模式。

       目前，Diambab與合作伙伴全面合作，主要包括二極管、晶體管、電容器、量子傳感器和高能探測器。該公司的第一個市場是電動汽車電容器，與目前的電容器技術相比，金剛石半導體的優勢顯示出巨大的潛力，可以在汽車的使用壽命內提高緊湊性和性能。

       2024年，本次第一輪融資也將使 Diamfab 能夠建立一條試驗線，以實現其技術的預工業化，加速其開發，從而滿足對金剛石半導體不斷增長的需求。

       “在我們這樣一個尖端行業的發展中，每個階段都是必不可少的。該試點項目將促進我們與合作伙伴的許多討論，并加強我們的關系。這是至關重要的。”Diamfab董事長Gauthier Chicot評論道。

       “我們開發的技術可以大大減少半導體的歷史碳足跡，并通過將歐洲的一個關鍵產業遷移到歐洲來實現這一目標，這是我們與Asterion的投資重點之一。工業深度技術公司需要冷靜、長期的支持，而這正是我們所提供的，”Asterion Ventures合伙人查爾斯-亨利?喬爾解釋道。

        03、金剛石半導體卡在哪？

       對于行業目前超熱門的金剛石，雖然被譽為終極半導體。但距離實現商業應用尚有較大距離。金剛石半導體產業發展究竟卡在哪？

       眾所周知，由于金剛石的性能優勢，人們很早就開啟了對金剛石的研究。20世紀70年代，美國科學家開發出利用高溫高壓法(HPHT)生長小塊狀金剛石單晶，開啟了金剛石研究的熱潮。近年來隨著后摩爾時代的來臨，人們在新材料領域的研發投入不斷增長，也加速了金剛石等超寬禁帶半導體材料的開發。

       但金剛石自身作為半導體材料，目前仍處于基礎研究尚待突破階段，在材料、器件等方面都有大量科學問題尚需攻克，例如金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學發展的主要障礙，其中，大尺寸拼接單晶、異質外延、摻雜、器件可靠性、減薄拋光等都是現階段存在的問題。

       作為半導體材料，首先晶圓尺寸決定了產能的大小。像碳化硅晶圓尺寸正在從6英寸轉向8英寸，硅晶圓目前也繼續大力發展12英寸的產能。

       但金剛石目前從單晶和多晶的晶片上看，尺寸都受到很大限制，原因是金剛石大尺寸的襯底材料缺乏。異質外延是目前大單晶生長常用方法。CVD同質外延生長的單晶薄片具有缺陷密度低的特點，最大尺寸可達1英寸；采用“平鋪克隆”晶片的馬賽克拼接技術生長的金剛石晶圓可達2英寸。而采用單晶金剛石異質外延技術的晶圓可達4英寸。

       但采用異質外延襯底、襯底拼接等方式得到的大尺寸金剛石外延材料缺陷則過高，難以用于半導體器件制造，1-2英寸的金剛石晶圓顯然是難以實現商業化的。

       金剛石材料本身屬于絕緣體，通過硼摻雜可以實現p型導電，但硼摻雜金剛石的電離能較高，在室溫下很難完全電離，而重摻雜又會導致金剛石表面缺陷，半導體性質下降，過去20多年來，N型摻雜技術一直被認為是一個難點，這也是限制了金剛石作為半導體器件材料的重要因素。

       另外，金剛石的平整度及粗糙度嚴重制約著器件的質量，限制發揮其原有的性能。

       半導體晶圓需要一個平坦的面，幾個原子凸起都會極大影響半導體性能。而金剛石在直接生長時，表面并不平滑，需要后續加工處理，只有將一塊單晶金剛石晶圓片打磨至接近原子級的平滑度，才能取代電子設備中的一些硅元件。金剛石也是自然界最硬的物質，其超精密研磨拋光技術的發展十分重要，也是決定金剛石能否做晶圓的關鍵技術。除了研發出高性能的材料以外，封裝、鍵合等周邊技術也是影響金剛石“造芯”之路的重要因素。

        04、國際布局金剛石半導體的情況如何？

        目前業界對金剛石半導體的關注程度越高，優勢資源不斷匯集，也加速了研發和產業化速度。這意味著鉆石晶圓時代的開始。

        2022年，日本安達滿納米奇精密寶石有限公司（2023年1月1日起，變更為Orbray株式會社）聯合日本佐賀大學成功開發了超高純度2英寸金剛石晶圓的量產方法。雙方也利用2英寸晶圓，研發出了輸出功率為875MW/cm2（為全球最高）、高壓達2568V的半導體。

        2022年8月，誕生了一家以“實現金剛石半導體實用化”為業務目標的初創型企業，即日本早稻田大學下屬的Power Diamond Systems（簡稱為：“PDS”）。該公司的目標是把金剛石半導體行業的先驅一一川原田洋教授的研發成果推向實用化。

        2023年10月，Diamond Foundry（簡稱DF）的公司，采用異質外延法創造出了世界上首個單晶鉆石晶圓（Diamond Wafer），直徑100毫米、重110克拉。按照DF公司的說法，他們可以實現將鉆石直接以原子方式與集成電路晶圓粘合，晶圓厚度可以達到埃級精度，這不僅凸顯了其粘合精度之高，而且為半導體產業未來向納米甚至埃米級別進展提供了堅實的技術基礎。

        2023年11月，哈爾濱工業大學與華為專利，“一種基于硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法”。這項專利涉及芯片制造技術領域，主要是實現了以Cu/SiO2混合鍵合為基礎的硅/金剛石三維異質集成。三維集成技術能實現多芯片、異質芯片集成等多層堆疊的三維（3D）集成，但電子芯片的熱管理面臨極大的挑戰。

        2024年2月，廈門大學于大全、鐘毅團隊聯合華為技術有限公司采用金剛石低溫鍵合與玻璃轉接板2.5D先進封裝工藝，對金剛石散熱技術進行了研究驗證。該研究采用納米金屬中間層實現了金剛石與硅熱測試芯片的200℃低溫鍵合，避免了高溫工藝造成的應力和微凸塊損壞等問題。經過對芯片溫度進行測試，在1.5-2W/mm2的局部功率密度下，采用金剛石鍵合的芯片可將最高溫度降低近20℃。該結果顯示了金剛石卓越的散熱性能以及金剛石-芯片鍵合工藝應用的可行性。

        2024年，日本國立材料科學研究所（NIMS）團隊開發出世界上第一個n溝道金剛石MOSFET。該團隊基于步進流成核模式制造了具有原子級平坦表面的電子級磷摻雜n型金剛石外延層，展示了n溝道金剛石 MOSFET。n型金剛石MOSFET在573 K時表現出約150 cm2 V-1 s-1的高場效應遷移率，這是所有基于寬帶隙半導體的n溝道MOSFET中最高的。這項工作為開發節能且高可靠性的 CMOS 集成電路，用于惡劣環境下的高功率電子器件、集成自旋電子學和極端傳感器邁出了關鍵一步。

        基于業界長期的研發活動，如今金剛石半導體相關功能應用已經開始逐步邁向實用化。但要真正普及推廣金剛石在半導體領域的應用，依然需要花費很長的時間，不過最新市場反饋，金剛石在高功率器件散熱領域的應用，已初步得到市場驗證，大規模商業化，或不遠矣！