北京大学研究团队在金刚石薄膜材料制备和应用领域取得重大突破。

12月19日，北京大学东莞光电研究院发布最新研究成果，该院与南方科技大学、香港大学组成的联合研究团队，在金刚石薄膜材料制备和应用方面取得重要进展，成功开发出能够批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的制备方法。

这一发现标志着在金刚石薄膜技术领域的一大飞跃，为未来金刚石薄膜在电子、光学等多个领域的应用提供了新的可能性。该研究成果于12月18日在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上发表。

目前，超薄金刚石主要通过切片大块金刚石或在异质基底上通过CVD（化学气相沉积）生长获得。但CVD法无法获得与硅基半导体技术完全兼容的大面积、分层形式的金刚石膜，切片法可以产生高质量的单晶金刚石，但该方法不适用于工业应用，因为所获得膜的尺寸和表面粗糙度受到激光和聚焦离子束处理的限制。

据介绍，北京大学联合研究团队成功开发了切边后使用胶带进行剥离金刚石膜的方法，能够大量制备大面积（2英寸晶圆）、超薄（亚微米厚度）、超平整（表面粗糙度低于纳米）、超柔性（可360°弯曲）的金刚石薄膜。制备的高品质薄膜具有平坦的可加工表面，能够允许进行微纳加工操作，超柔性特点使得能够直接用于弹性应变工程，以及变形传感应用，这是更厚的金刚石薄膜无法实现的。

（图片来源：北京大学东莞光电研究院官网）

金刚石在半导体领域前景广阔

金刚石因其卓越的载流子迁移率、导热性、介电击穿强度以及从红外到深紫外的超宽带隙和光学透明度，被誉为“终极半导体材料”。

作为第四代半导体核心材料，金刚石半导体具有超宽禁带、高击穿场强、高载流子饱和漂移速度等材料特性。金刚石还是自然界中导热性能最好的材料之一，热系数远高于传统散热材料，有效降低电子设备的温度。另外，金刚石还具有优良的机械性能和化学稳定性，保证了设备的长期稳定运行。

正因为上述优点，采用金刚石衬底可研制高温、高频、大功率半导体器件，克服器件的“自热效应”和“雪崩击穿”等技术瓶颈。

全球各大芯片公司正加大力度投入研究。报道称，英伟达率先开展钻石散热GPU实验，性能是普通芯片的三倍；华为也公布钻石散热专利，例如，12月3日其公布一项名为“一种半导体器件及其制作方法、集成电路、电子设备”的专利，其中涉及到金刚石散热。

此外，全球首座金刚石晶圆厂明年或量产。西班牙政府近日已获得欧洲委员会的批准，将向人造金刚石厂商Diamond Foundry提供8100万欧元的补贴，以支持其在西班牙建造一座金刚石晶圆厂的计划。该工厂计划在2025年开始生产单晶金刚石芯片。

据市场调研机构Virtuemarket数据，2023年全球金刚石半导体基材市场价值为1.51亿美元，预计到2030年底市场规模将达到3.42亿美元，2024年~2030年的预测复合年增长率为12.3%。

我国是人造金刚石大国

中国是人造金刚石主要生产国，现有838家相关企业，2023年人造金刚石产量占全球总产量95%，且产业链具备绝对成本优势。

据证券时报·数据宝统计，上市公司方面，人造金刚石主要企业有力量钻石、黄河旋风、惠丰钻石、国机精工、中兵红箭、四方达、沃尔德、光莆股份、恒盛能源等。

中兵红箭表示，公司功能金刚石产品可用于半导体、光学、散热、量子等领域。

黄河旋风表示，公司在金刚石半导体相关领域技术还处于研发阶段。

沃尔德表示，公司重点聚焦金刚石功能性材料在工具级、热沉级、光学级、电子级等方面的研究。

力量钻石全资子公司与台湾捷斯奥企业有限公司签订半导体高功率金刚石半导体项目，致力于研究半导体散热功能性金刚石材料。

光莆股份表示，公司投资的化合积电公司的金刚石热沉片可用于芯片散热。

恒盛能源表示，子公司桦茂科技将对金刚石在半导体晶圆应用领域保持积极的研发。

行情方面，10月以来，惠丰钻石曾出现大幅上涨，区间最高涨幅一度超4倍，最新涨幅仍超165%。黄河旋风曾一度连续收获5个涨停板，10月至今累计涨幅超70%。四方达、沃尔德、国机精工等10月至今涨幅超20%。