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又一全球龙头,入局金刚石半导体

近日,日本分析测试仪器集团HORIBA宣布,通过旗下印度公司完成对Pristine Deeptech 100%股权的收购。该公司位于古吉拉特邦,长期从事实验室培育金刚石的生长工艺研究与相关设备开发,技术方向集中在半导体和量子器件用金刚石材料。交易完成后,Pristine Deeptech将成为HORIBA全资子公司,并承担集团在印度的新材料研发职能,围绕金刚石晶片、器件结构以及配套分析测量方案开展研发。

这一举动折射出当前金刚石半导体产业正在从科研验证向产业化迈进的趋势。作为长期深耕分析测试行业的国际企业,HORIBA通过这次收购,将自身的测量和表征技术与金刚石材料生长端结合起来,这一动作标志着全球科技巨头正在重新审视这一领域的潜力。

金刚石在半导体领域的独特价值由来已久,其高导热率、高击穿电压和宽禁带结构使其成为高功率、极端环境电子器件和高频应用的理想材料。尽管技术难度高、成本昂贵,但随着第三代宽禁带半导体(如SiC、GaN)进入量产阶段,对于更高性能材料的需求日益明显。金刚石被视为“下一步材料”,前景广泛覆盖电动汽车电力电子、国防电子、太空通信、数据中心等领域的器件升级需求。正因如此,从材料供应商到设备制造商、从传统半导体企业到量子科技公司,多方力量正围绕金刚石半导体积极布局。

在这一产业链的前端,合成金刚石材料的供应商几乎都来自长期积累工业材料基础和CVD技术实力的企业。最典型的例子是戴比尔斯集团旗下的Element Six(元素六),作为全球合成金刚石材料的主要供应商之一,资料显示其在全球金刚石半导体衬底市场拥有超过30%的份额,是该领域的头部玩家。Element Six不仅在CVD金刚石衬底的技术研发和生产上保持领先,还与众多器件制造商展开合作,共同推动新一代半导体的开发进程。2024年,该公司还与日本Orbray建立战略合作,联合生产高质量单晶金刚石晶圆,以满足包括功率器件、射频电子及传感应用等对性能要求极高的市场需求。最新发布的一类铜-金刚石复合材料也体现了这一类材料在热管理和器件集成方面的实际应用潜力

紧随其后的是传统材料和电气企业,如住友电工金刚石衬底和GaN-on-Diamond结构研发方面也取得了进展,并计划实现更大尺寸晶圆的量产,以期降低单位面积成本、提升器件性能。根据市场统计,住友电工在全球合成金刚石材料供应中占据约24%的份额,同时在与半导体器件开发结合的应用测试中不断深化合作。

除了这些传统材料巨头,一些专注于单晶金刚石研发的科技型企业也在近几年进入半导体场景。例如美国的Diamond Foundry成立于2012年,最初是利用CVD技术生产珠宝级培育钻石,近年来将技术焦点转向高性能电子和光电应用领域。据公开报道,该公司成功制造出直径约100毫米的单晶金刚石晶圆,并在电动汽车逆变器等高功率应用中进行原型测试,展现了金刚石器件在效率和紧凑性上的潜在优势。

在这一全球竞逐局势下,HORIBA的举动显得有其行业逻辑。HORIBA本身在分析测试领域积累了大量与材料制备、质量控制相关的核心技术,这些技术在金刚石材料的工艺开发和量产验证阶段显得尤为关键。Pristine Deeptech所掌握的实验室金刚石生长和真空装备开发能力,与HORIBA本部长期积累的测量和表征技术能够互为补充,有望在材料研发初期更快建立起一套适配新的材料工艺体系。

此前HORIBA的半导体领域动作主要集中在检测设备和过程监控方面,通过收购如韩国EtaMax等企业来加强在晶圆检测、缺陷分析领域的技术布局。此次向金刚石材料层级延伸,在一定程度上标志着公司开始把业务带入技术链更早的环节。

区域层面的产业政策和研发推进也为赛道发展提供了外部驱动力。在北美,国防和科研项目对超宽禁带半导体和高温器件的需求促使企业和机构加大对金刚石材料研发的投入,这其中也包括一些国防科技力量利用金刚石材料突破传统半导体性能上限的项目。在亚太地区,中国、日本、韩国等地的企业和高校联合开展多层次合作,不断推动从材料制备到器件集成的技术路径验证。

不过金刚石材料产业化面临的挑战依然很明显。高成本、加工难度、晶圆尺寸扩展困难等问题是目前制约产业规模化落地的主要瓶颈。与典型的硅基产业链相比,金刚石的加工周期更长、设备投入更高,导致单片成本居高不下。与此同时,材料与器件之间的耦合特性使得标准化生产难以快速推进,还需要更多的协作研发和工艺积累。

尽管如此,随着GaN-on-Diamond、量子器件和高功率模块等应用场景的持续推动,金刚石材料的用途正不断扩大。市场研究报告显示,未来几年内金刚石衬底和相关材料在航空航天、国防、能源电子和通信领域的需求预计将持续增长,并逐渐从实验室级验证向先导量产迈进。

对于整个金刚石半导体产业来说,现阶段正处于一个多方力量交织推进的阶段。无论是老牌材料巨头的技术积累,新锐科研型企业的创新突破,还是像HORIBA这样跨界进入的分析设备供应商,都共同构成了这一新材料赛道的生态基础。