总部位于英国牛津的以化学气相沉积 (CVD) 为基础的合成金刚石材料公司 Element Six(E6,戴比尔斯集团旗下子公司)正在负责由美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 设立的 UWBGS(超宽禁带半导体)计划下的一项项目,该项目旨在推动下一代半导体技术的发展。
通过 UWBGS 计划,DARPA 的微系统技术办公室已表明其目标是开发高质量的超宽禁带 (UWBG) 材料,例如衬底、器件层和结。这些材料是实现先进电子产品的关键,包括高功率射频开关、雷达和通信放大器、高压电源开关、极端环境的高温电子产品以及深紫外 (UV) LED 和激光器等,支撑着价值数十亿美元的系统市场。
由于金刚石具有化学和辐射惰性、高载流子迁移率、热传导和宽电子带隙等特性,因此具有提高半导体器件性能的潜力,可以减小整体尺寸、重量和功耗(SWaP)。
在 UWBGS 计划的中,E6将利用公司在大面积 CVD 聚晶金刚石和高质量单晶 (SC) 金刚石合成方面的专业知识来实现 4 英寸设备级 SC 金刚石衬底。
Element Six 首席技术专家 Daniel Twitchen 教授表示:“自 20 世纪 50 年代首次实现规模合成以来,工业金刚石已经颠覆了多个市场,我相信 UWBGS 的技术突破将推动开启半导体行业未来 70 年的机遇。”
Element Six 的 SC 金刚石已成为 CERN 大型强子对撞机监测系统的关键推动因素,帮助发现了希格斯玻色子粒子。E6 与高功率半导体公司 ABB 合作,制造出了首款高压块状金刚石肖特基二极管。此外,该公司最近还完成了一座先进 CVD 设施的建设和调试,该设施利用其位于美国俄勒冈州波特兰的核心技术,由可再生能源提供动力。
E6 的尺寸大于 4 英寸的多晶金刚石晶圆已经应用于电信基础设施和国防领域,既可用作最先进硅芯片的 EUV 光刻中的光学窗口,又可用作高功率密度硅和氮化镓 (GaN) 半导体器件的热管理应用。
对于 UWBGS 项目,Element Six 已与全球该领域的其他领导者进行了合作,包括日本的 Orbray(具有大面积金刚石专业知识)、雷神公司(GaN RF 设备领域的领导者)、法国的 Hiqute Diamond(具有位错工程专业知识)以及美国的斯坦福大学和普林斯顿大学(具有材料块体和表面处理表征专业知识)。通过这一全球网络的合作,UWBGS 有望突破金刚石创新的界限,实现新一代超宽禁带半导体。