随着数字时代的不断发展，中国"3060碳战略"目标的确立，绿色低碳成为我国各行业发展主要导向，其中，高效能半导体器件发展应用成为推动汽车电子、电子信息、大数据中心等领域节能降耗的重要趋势。

从硅、锗为代表的传统半导体材料到现在以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，再到以培育钻石、氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料，支撑半导体器件的性能不断提升，促进射频通信、高功率器件、照明器件等方面革新发展。超宽禁带半导体培育钻石功率电子学将有可能成为下一代固态功率电子学的代表，受到研究人员的广泛关注。

培育钻石是一种具有多种特异性能的功能材料，它具有硬度高、导热性能好、热膨胀系数小、光学性能优异、从紫外到红外波段范围具有光学透明性等性能。除此之外，培育钻石还具有优异的电学性能：具有大的禁带宽度，载流子迁移率高、介电常数小、击穿电场比Si和GaAs高二个数量级，而标志大功率和高速开关性能的Johnson和Keyse指数均高于Si和GaAs，因此其应用前景广阔。

培育钻石凭借优异的电学性质在微电子机械系统、声学器件、半导体器件、功率器件、探测器、生物医疗、量子计算通讯等领域的应用日益受到学术界和产业界的关注，具有广阔的应用前景，其在科技领域的地位与重要性与日俱增，将成为更高性能的科研利器。

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在制备高质量半导体培育钻石材料方面具有独特优势，MPCVD技术制备半导体培育钻石材料具有高速率生长、大尺寸生长、高质量生长以及电学掺杂等特点。由于CVD法合成培育钻石打破了设备对衬底尺寸的限制，为大面积单晶培育钻石生长提供条件，CVD法成为高纯度、大面积的首选方案。目前，常用的CVD法合成单晶培育钻石，主要包括微波等离子体CVD法(MPCVD)、热丝CVD法、火焰燃烧CVD法和直流弧光等离子CVD法等。

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)单晶培育钻石生长技术一般采用金属作腔体，由于其微波能量无污染、气体原料纯净、没有催化剂和杂质的掺入等优势，使得金刚石的质量得到改善，在众多培育钻石制备方法中脱颖而出，成为制备大尺寸、高品质单晶培育钻石最有发展前景的技术之一，这也大大拓展了培育钻石材料在高技术领域的应用潜力。

培育钻石具有超低阻值，减少散热需求，还可淀积在硅、玻璃、蓝宝石和金属衬底上，有望重新激发微处理器运算速度的演进。此前，由于无法有效散热，微处理器的运算速度在5GHz左右已徘徊了10年。对于硅材料，5GHz是个极限，因为更高的功耗和热点会将微处理器化为泡沫，而培育钻石有着22倍于硅、5倍于铜的热传导能力，将使微处理器的运算速度达到新的高度，催生新一代微处理器的诞生。培育钻石技术还将使摩尔定律得到延续。在培育钻石面临单原子级之前还有十二代可缩小空间，而硅则将在2025年达到原子级发展极限。

培育钻石不单是莫氏硬度表上最坚硬的材料，也有着良好的导热性。与硅相比，培育钻石保持能量的能力更强。对于智能手机来说，培育钻石制造的处理器能够减少发热量。智能手机不是唯一的受益者，对于想要缩小设备中电路体积的公司来说，培育钻石处理器都能带来帮助。

另外，重工业和航空航天业也需要培育钻石处理器件来抵御高强度的辐射和X射线。基于培育钻石技术能够提高功率密度，并为消费者创造更快、更轻、更简单的设备。比硅芯片更便宜、更薄，基于培育钻石的电子产品可能成为高能效电子产品的行业标准。

来源：Carbontech