總部位于英國牛津的以化學氣相沉積 (CVD) 為基礎的合成金剛石材料公司 Element Six(E6,戴比爾斯集團旗下子公司)正在負責由美國國防部高級研究計劃局 (DARPA) 設立的 UWBGS(超寬禁帶半導體)計劃下的一項項目,該項目旨在推動下一代半導體技術的發展。
通過 UWBGS 計劃,DARPA 的微系統技術辦公室已表明其目標是開發高質量的超寬禁帶 (UWBG) 材料,例如襯底、器件層和結。這些材料是實現先進電子產品的關鍵,包括高功率射頻開關、雷達和通信放大器、高壓電源開關、極端環境的高溫電子產品以及深紫外 (UV) LED 和激光器等,支撐著價值數十億美元的系統市場。
由于金剛石具有化學和輻射惰性、高載流子遷移率、熱傳導和寬電子帶隙等特性,因此具有提高半導體器件性能的潛力,可以減小整體尺寸、重量和功耗(SWaP)。
在 UWBGS 計劃的中,E6將利用公司在大面積 CVD 聚晶金剛石和高質量單晶 (SC) 金剛石合成方面的專業知識來實現 4 英寸設備級 SC 金剛石襯底。
Element Six 首席技術專家 Daniel Twitchen 教授表示:“自 20 世紀 50 年代首次實現規模合成以來,工業金剛石已經顛覆了多個市場,我相信 UWBGS 的技術突破將推動開啟半導體行業未來 70 年的機遇。”
Element Six 的 SC 金剛石已成為 CERN 大型強子對撞機監測系統的關鍵推動因素,幫助發現了希格斯玻色子粒子。E6 與高功率半導體公司 ABB 合作,制造出了首款高壓塊狀金剛石肖特基二極管。此外,該公司最近還完成了一座先進 CVD 設施的建設和調試,該設施利用其位于美國俄勒岡州波特蘭的核心技術,由可再生能源提供動力。
E6 的尺寸大于 4 英寸的多晶金剛石晶圓已經應用于電信基礎設施和國防領域,既可用作最先進硅芯片的 EUV 光刻中的光學窗口,又可用作高功率密度硅和氮化鎵 (GaN) 半導體器件的熱管理應用。
對于 UWBGS 項目,Element Six 已與全球該領域的其他領導者進行了合作,包括日本的 Orbray(具有大面積金剛石專業知識)、雷神公司(GaN RF 設備領域的領導者)、法國的 Hiqute Diamond(具有位錯工程專業知識)以及美國的斯坦福大學和普林斯頓大學(具有材料塊體和表面處理表征專業知識)。通過這一全球網絡的合作,UWBGS 有望突破金剛石創新的界限,實現新一代超寬禁帶半導體。