金剛石具有比硅速度快、功耗小、質量輕、厚度薄等諸多優點，在半導體領域具有巨大前景。美國初創公司Akhan半導體公司已獲美國能源部阿貢國家實驗室的金剛石半導體工藝授權，再結合自身在金剛石領域的技術突破，計劃成為首個真正實現金剛石半導體產品化的公司。

1、阿貢國家實驗室的追夢之旅

早在2000年之前，阿貢國家實驗室已經就金剛石化學氣相淀積（CVD）展開試驗，并成立了先進金剛石技術（Advanced Diamond Technologies）公司。該公司和創新微技術（Innovative Micro Technology）公司合作制造出金剛石微機電系統（MEMS），并促進了SP3金剛石技術（SP3 Diamond Technologies）等金剛石晶圓專業公司生產用于淀積金剛石晶體的CVD設備。雖然截止目前，金剛石最大的應用還是在珠寶、研磨料和人造鉆石等領域，但阿貢國家實驗室仍努力尋求可使金剛石（自然的絕緣體）變為把半導體和導體的方法，以此為所有的金剛石芯片鋪平道路。

2、Akhan半導體公司的圓夢技術

金剛石半導體實現商業化的最大問題是制造P型晶體管容易、制造n型晶體管困難，Akhan半導體公司的創始人兼首席執行官Adam Kahn提供了“Miraj金剛石平臺”作為解決方案，可實現P型和N型器件，使得制造出金剛石互補金屬氧化物半導體（CMOS）成為可能。該工藝平臺的技術核心是，通過在P型器件中摻雜磷(phosphorous)、在N型器件中摻雜了鋇(barium)與鋰(lithium)，帶來P型和N型性能相當的可調電子器件，并因此發展出金剛石CMOS。

Akhan半導體公司采用CMOS金剛石半導體工藝制造出的首個器件是金剛石PIN二極管，厚度打破記錄地薄至500納米，性能比硅高100萬倍，還比硅薄100倍，原因在于金剛石的帶隙比碳化硅和氮化鎵還要寬；在熱分析結果顯示，該PIN二極管中沒有熱點（hot spot），因此沒有硅PIN二極管中的寄生損失。

左圖為Adam Kahn，右圖為硅晶圓上金剛石樣品

Akhan半導體公司還展示了100GHz器件。金剛石具有超低阻值，減少散熱需求，還可淀積在硅、玻璃、藍寶石和金屬襯底上，有望重新激發微處理器運算速度的演進。此前，由于無法有效散熱，微處理器的運算速度在5GHz左右已徘徊了10年。對于硅材料，5GHz是一個極限，因為更高的功耗和熱點會將微處理器化為泡沫，而金剛石有著22倍于硅、5倍于銅的熱傳導能力，將使微處理器的運算速度達到新的高度，催生新一代微處理器。

金剛石技術還將使摩爾定律得到延續。Akhan半導體公司展示的100GHz芯片使用的特征尺寸是100s納米，在金剛石面臨單原子級之前還有十二代可縮小空間，而硅則將在2025年達到原子級發展極限。

3、Akhan的發展計劃

公司目前的目標應用集中在工業用功率電子、軍用可調光學、消費類移動光學等。金剛石在其中作為絕緣體和半導體，并使用氧化銦錫（ITO）進行互聯；制造工藝包括與硅相同的光刻、刻蝕和金屬化步驟，只是對金剛石淀積步驟進行了調整。

公司最終的目標是激活處理器處理速度的演進步伐，使其越來越快，以及滿足大數據應用需求。金剛石散熱效率高，與現有硅基5GHz微處理器相比，在消耗相同功率的情況下，金剛石或者可以顯著減少熱量，或者可將運算速度提升到亞太赫茲領域。

除此之外，Akahn還計劃進入量子計算機領域，但不用氮真空方法，而是使用其特有的摻雜技術，但該技術目前保密。

4、Akhan目前的工作

Akhan半導體公司已獲得天使投資和私人資產公司投入的約250萬美元研發資金，并計劃于今年進行A輪融資，吸引金剛石半導體領域的注意力。

目前的工作重點是12英寸晶圓功率器件，已進入試產階段。Akhan半導體公司使用的是輕工廠模式，即公司只進行小/中尺寸流片，然后在大的代工廠投入量產；還在嘗試拓展金剛石MEMS器件領域，特別是高端手機動態調諧天線使用的電容性開關陣列。公司希望在2017年國際消費類電子產品展覽會（CES）上展出全球首款采用金剛石CMOS工藝的半導體產品。

來源：大國重器--聚焦世界軍用電子元器件