金剛石半導體，研究現狀及進展

來源：中國復合材料協會

我們日常使用的手機、電視、電腦、音響，都與半導體息息相關，可以說沒有半導體，就沒有現代世界中輕巧又好用的高科技產品。
金剛石半導體是將人造金剛石用作半導體材料的技術和產物。金剛石做為半導體材料具有優于其他半導體材料的出色特性，這里我們簡單科普一下金剛石作為半導體所具有的特點，金剛石在禁帶寬度、電子遷移度、熱傳導率等諸多方面遠遠出色于其他半導體材料。與已經實現商用的碳化硅、氮化鎵相比，金剛石具有無與倫比的特性，因此被譽為“終極半導體材料”。
基于業界長期的研發活動，如今金剛石半導體已經開始逐步邁向實用化。但要真正普及推廣金剛石半導體的應用，依然需要花費很長的時間，不過已經有報道指出，最快在數年內，將會出現金剛石材質的半導體試用樣品。業界對金剛石半導體的關注程度越高，越易于匯集優勢資源、加速研發速度。
金剛石半導體作為一種新興的半導體材料，一直備受關注。國內外的科研機構和企業不斷推進金剛石半導體的研究和開發，又取得一些新進展。在金剛石半導體的研發工作上，一直都是日本的研發機構在引領，并創造了諸多成果，即使是今天，產綜研的研發水平也是首屈一指。不過，迄今為止的研發活動都是僅限于實驗室內的驗證工作，并未研發出可用于電子線路、設備的實際半導體。

近日發表的論文介紹了一種新型的金剛石半導體器件。這種器件采用了三明治結構，在金剛石襯底上生長了兩層氮化硼和一層石墨烯，形成了一個“石墨烯/氮化硼/石墨烯/金剛石”結構。研究人員稱，這種器件具有高電子遷移率和高熱穩定性，有望應用于高功率電子器件、高頻通信和微波雷達等領域。
據悉，戴比爾斯集團旗下的Element Six專注于金剛石半導體領域，正計劃在2023年開設新的生產線，以滿足市場需求的增長。Element Six已經在歐洲、亞洲和北美建立了多個工廠，并在金剛石半導體領域進行了多年的研究和開發。
此外，金剛石半導體還在其他領域展現出了廣闊的應用前景。例如，在電力電子領域，金剛石半導體具有低損耗、高溫度穩定性和高電壓耐受性等特點，有望應用于高功率電子器件；在生命科學領域，金剛石半導體可以作為生物傳感器，用于檢測DNA和蛋白質等分子。
總的來說，金剛石半導體在新材料、新器件、新技術等方面的不斷創新和發展，為各行各業帶來了更廣泛的應用前景。隨著技術的不斷推進和市場需求的不斷增長，金剛石半導體領域的未來充滿機遇。

如今，已經有越來越多的的院校和研發機構在推進金剛石的研發，正在將金剛石半導體從研發階段推向實用化。能否將金剛石半導體的實用化和潛力推行下去的關鍵是能否與大型企業展開合作。不過令人遺憾的是，在各研發成果發布會現場，雖然企業的工程師們表現出了極大的興趣，但是這都與業務沒有直接聯系，真要實際實現商業化，至少還需要十年左右的時間，且研發成果也無法直接、迅速地帶來利潤，因此企業才一直猶豫不決。所以，僅靠大學和研發機構是無法實現真正的社會面應用的。
另外，不僅是半導體，金剛石也可應用于量子傳感器。金剛石材料對于量子互聯網等未來技術非常重要。特殊的缺陷中心可以用作量子比特，并****稱為單光子的單個光粒子。柏林洪堡大學的科學家們已經將單個量子位集成到優化的金剛石納米結構中。這些結構比人類頭發細1倍，可以以定向方式將****的光子轉移到玻璃纖維中。所用金剛石材料的一個特點是晶格中氮雜質原子的密度相對較高。這些可能保護量子光源免受納米結構表面的電子噪聲的影響。
此外，亞馬遜正在與Element Six合作開展量子傳感項目的研發，量子網絡使用亞原子物質以超越當今光纖系統的方式傳輸數據。金剛石將成為一個組件的一部分，該組件可以讓數據在不中斷的情況下傳輸得更遠。這個技術的應用也為工業金剛石找到了新的應用。
相信不久的將來，金剛石作為功能材料的特性會應用到更加廣闊的領域，并成為我們日常生活的必需品。

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