中國粉體網(wǎng)訊  半導(dǎo)體行業(yè)是當(dāng)今世界科技創(chuàng)新的重要驅(qū)動力,，也是體現(xiàn)各國競爭力的重要標(biāo)志,。半導(dǎo)體材料作為半導(dǎo)體行業(yè)的核心,，其性能的高低直接決定了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平。

寬禁帶半導(dǎo)體材料相比傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體,，具有高溫性能好,、輸出功率高、抗腐蝕,、耐高壓高頻等綜合性能,，被廣泛應(yīng)用于電力電子、射頻,、微波等領(lǐng)域,。

主要寬禁帶材料的參數(shù)對比

金剛石作為寬禁帶甚至超寬帶隙材料的一員（禁帶寬度5.5 eV），具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì),，如高載流子遷移率,、高熱導(dǎo)率、高擊穿電場,、高載流子飽和速率和低介電常數(shù)等,，被行業(yè)譽為“終極半導(dǎo)體材料”。它在部分領(lǐng)域可替代現(xiàn)有硅,、砷化鎵等半導(dǎo)體材料,，并極有可能引發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新一輪的技術(shù)革命。

高功率電子器件

由于金剛石的高熱導(dǎo)率和寬禁帶特性,，它非常適合用于制造高功率電子器件,，如功率放大器、射頻器件等,。這些器件在通信,、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,。金剛石的加入可以顯著提高器件的功率密度和效率,，降低散熱成本,，延長器件的使用壽命。

高溫電子器件

在一些特殊的應(yīng)用場景中,，如航空航天,、石油化工等領(lǐng)域，需要電子器件能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作,。金剛石的寬禁帶特性使其能夠在高溫下保持良好的性能,，成為制造高溫電子器件的理想材料。

二極管 圖源：pixabay

光學(xué)器件

金剛石不僅在電學(xué)性能上表現(xiàn)出色,，在光學(xué)領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用,。金剛石具有高透明度、高硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,，可用于制造高性能的光學(xué)窗口,、透鏡和棱鏡等器件。此外,，金剛石還可以作為激光增益介質(zhì),，用于制造高功率激光器。

光學(xué)窗口 圖源：中南鉆石

探測器

金剛石材料可以檢測任何一種比其5.5eV禁帶能量更高的電磁波,，例如深紫外光,、X 射線、伽馬射線,、帶電粒子和中子,，其動態(tài)能量范圍從5.5eV 到GeV宇宙級射線。它擁有卓越的抗輻照性能以及超快的時間響應(yīng),，被認(rèn)為是用于脈沖輻射場/強輻射場最理想的半導(dǎo)體探測器材料,。

矩形中子探測器 

圖源：趙鑫等.金剛石核輻射探測器研究進(jìn)展

聲學(xué)器件

金剛石密度低，楊氏模量和強度高,，這使得它成為一種高性能的高頻聲材料,。它可以在高達(dá)70kHz的頻率下保持完美的振動運動而不失真，從而提供幾乎完美的聲音再現(xiàn),。此外金剛石還具有最高的聲表面波速,，是用于聲表面波濾波器的優(yōu)秀材料，能夠提高濾波頻率和功率承受能力,。

量子計算

金剛石中的氮空位中心（NV center）具有獨特的量子特性,，使其在量子計算領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價值。研究人員正在探索利用金剛石中的 NV center 實現(xiàn)量子比特的存儲和操作,，為未來的量子計算技術(shù)提供新的解決方案,。

金剛石NV色心的物理結(jié)構(gòu)示意圖

圖源：陳諾誠.基于金剛石NV色心的微弱微波場測量系統(tǒng)研究

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）

金剛石各種特性同樣適合制作微機(jī)電系統(tǒng)，尤其適合在高壓,、高溫,、高加速度和高輻射等環(huán)境下工作的高端器件,。金剛石微機(jī)電系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)都已經(jīng)有科研團(tuán)隊制作出來，例如薄膜結(jié)構(gòu),，懸臂梁結(jié)構(gòu)等等。

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參考來源：

1.DT半導(dǎo)體

2.高旭輝. 金剛石—終極半導(dǎo)體的“破繭”之路.科學(xué)咨詢

3.杜昊臨等. 金剛石半導(dǎo)體器件研究概述.科技論壇

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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