商用在即！美国初创公司DiamondQuanta将公布有关新型金刚石半导体制造和掺杂技术的成果

原创 DT半导体材料 2024-06-20 18:08

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2024年6月6日，位于美国加州帕洛阿尔托的初创公司Diamond Quanta，宣布其专有的新型金刚石半导体制造和掺杂技术取得了重大突破。该公司，利用金刚石的特性，在电力电子和量子光子器件领域提供先进的解决方案，展示了金刚石基半导体的全新强度和效率能力，这对于满足现代技术行业的电力需求和缓解其日益恶化的能源问题至关重要。

据Diamond Quanta的研究人员称，这一创新结果将在两份即将发布的白皮书中公布。另外，Diamond Quanta 创始人兼首席执行官 Adam Khan 将于 8 月在墨西哥坎昆举办的第 32 届国际材料研究大会上展示这些成果。

从幕后走到荧屏前

过去，一向低调的Adam Khan，近一个月以来，其新公司Diamond Quanta公司官网频繁发布最新成果动态！

（图来自其官网）

据了解，Diamond Quanta公司是由Akhan Semiconductor公司的创始人兼首席执行官Adam Khan在2024年1月新成立的公司。该公司专注于半导体领域，目的是利用金刚石的优异特性为电力电子和量子光子设备提供先进的解决方案。

Diamond Quanta创始人兼首席执行官Adam Khan表示“创办Diamond Quanta ，并开发这种先进的掺杂工艺是必要的。电子、汽车、航空航天、能源等行业一直在寻找一种半导体技术，以应对技术扩张不断演变的需求所带来的日益增长的压力。我们的技术不仅仅是为寻求提高半导体效率的行业提供替代材料；我们也正在推出一种全新的材料，它将重新定义性能、耐用性和效率的标准，它将在无缝地为现代日益繁重的负载供电方面发挥不可或缺的作用。”

过去，金刚石芯片一度被认为科学研究，其商业化应用尚早。

而早在2007年，Akhan Semiconductor公司正式成立，致力于金刚石半导体材料的研发。2013年获得了美国能源部阿贡国家实验室开发的突破性低温金刚石沉积技术的独家金刚石半导体应用许可权。

这项技术可以在低至 400 ℃的温度下，在各种晶片基底材料上沉积纳米晶金刚石。来自阿贡的低温金刚石技术与 Akhan 的 Miraj Diamond 工艺相结合，打破了半导体行业中金刚石薄膜的使用仅限于 p 型掺杂的障碍。

后续，Akhan也正式宣布了自己的Miraj Diamond平台，开发了一种申请专利的新工艺，其中在硅上创建 n 型金刚石材料，具有以前未证实的特性，例如 250 meV(a) 的浅电离能、高载流子迁移率（纳米晶金刚石薄膜中大于 1000 cm²/Vs）、无石墨相以及低压大电流二极管器件应用中先前未证实的性能（+2V 正向偏压时电流密度为 900(b) A/mm²）。

随后，Akhan保持低调研发，直到2021年8月，Akhan又宣布开发出首款将 CMOS 硅与金刚石基板结合在一起的 300 毫米（12 英寸）晶圆，取得了阶段性的里程碑。

今年1月，Adam Khan成立了新公司Diamond Quanta。

5月23日，再次发声，Diamond Quanta走到世界荧屏幕前。Diamond Quanta公布了有关新型金刚石半导体制造和掺杂技术的成果。这项创新技术将新元素无缝地融入钻石的结构中，赋予钻石新的特性，同时又不破坏其晶体完整性。因此，金刚石（一种传统上以其绝缘特性而闻名的材料）已转变为能够支持负（n 型）和正（p 型）电荷载流子的高性能半导体。这种迁移率水平表明金刚石晶格非常干净、有序，并且由于成功实施了减轻载流子传输缺陷影响的共掺杂策略，散射中心得到了有效钝化。此外，掺杂过程通过修正位错来细化现有的金刚石结构，从而提高材料的导电性。这些进步不仅保留而且增强了金刚石结构，避免了常见的缺陷，例如明显的晶格畸变或引入通常会降低迁移率的陷阱态。这也说明，金刚石不仅是一种优异的半导体材料，而且是一种更稳定、更高效的材料，具有独特的能力，能够超越传统上在高功率和高温环境下使用的其他材料。

（图来自其官网）

Diamond Quanta宣称，这些先进的金刚石半导体具有出色的导热性和高电击穿强度，非常适合部署在高功率密度和极端温度普遍存在的环境，满足从航空航天工程、汽车行业的苛刻运行条件，再到人工智能的数据中心、高性能的消费电子产品的严格功率要求。

Diamond Quanta 已为其先进的钻石功率和光子半导体技术申请专利并向技术期刊提交了相关论文，该技术引入了一种新型钻石材料，可提高实验室生产的钻石在半导体应用中的效率和耐用性。Diamond Quanta 还向多家技术期刊提交了论文，预计将于今年夏天发表。

6月6日，Diamond Quanta进一步表示，会将其公司的创新结果在两份即将发布的白皮书中公布。另外，Diamond Quanta 创始人兼首席执行官 Adam Khan 将于 8 月在墨西哥坎昆举办的第 32 届国际材料研究大会上展示这些成果。

Diamond Quanta的两项最新研究介绍

Diamond Quanta 公司将在第 32 届国际材料研究大会上的两个分论坛中分别展示成果。

在“材料科学与量子技术”分论坛中，Diamond Quanta 发布“用于增强金刚石基量子设备中电荷传输的先进共掺杂技术”，这是由 Khan 和高级工程师 Tae Sung Kim 共同撰写。

在背景中介绍了统一金刚石框架的假设、形式和预测，并与其他方法及其结果进行了对比。结果表明，该技术可以优化电子结构，以增强电荷传输，同时提高新型共掺杂金刚石系统中的晶体质量并减少缺陷，而传统方法在掺杂后会观察到无序性增加。这些发现与所报告的增强电子特性（例如高载流子迁移率）相关并得到支持，表明新型掺杂技术可以有效管理金刚石系统固有的晶体各向异性和电荷传输动力学。进一步讨论的是，金刚石半导体中的高载流子迁移率和低缺陷密度使得能够创建可靠而高效的量子门，这是量子计算机的基本组件。

在“先进国防材料”分论坛中，发布的成果也是由 Khan 和 Kim 共同撰写，在这一成果中，Diamond Quanta 重点关注该技术在高功率、高温操作环境中的应用，特别是与美国陆军 DEVCOM 最近的报告《用于高功率射频电子设备的金刚石基材料系统的开发：第三年报告》的发现，进行对比，以展示 Diamond Quanta 新颖的共掺杂离子束方法的性能提升，该方法旨在直接解决促进空位缺陷形成的机制。该技术优化了电子结构以增强电荷传输，其中，通过阻碍扩展空位运动，共掺杂剂促进了掺杂剂作为取代基供体的整合。这最大限度地降低了深能级带隙的形成，并促进了导带附近的更高迁移率电子态。比较表明，与将金刚石与其他半导体材料（例如氮化硼、氮化镓等）异质集成“堆叠”的方法相比，该方法性能大幅提高，并且对初始材料缺陷密度的限制更少，从而实现更具成本效益的金刚石解决方案。

（图来自其官网）

Diamond Quanta 首席执行官兼创始人 Adam Khan 表示：“我们团队的突破性成果表明，金刚石基半导体有着光明的未来，因为人工智能、汽车、航空航天等行业的进步需要更强大、更高效的技术来自信地满足日益增长的电力需求。我们团队的新型金刚石制造和掺杂技术将使金刚石半导体能够通过防止过热来提高数据中心组件的可靠性和使用寿命；减少冷却系统的能源消耗，实现更可持续和更具成本效益的运营；并且与传统的硅基半导体相比，可以在更高的功率密度下运行。这些功能对于需要大量计算能力的人工智能数据中心至关重要，因为它们提高了密集型人工智能计算的处理能力，从而实现更快的数据处理和更复杂的人工智能模型。它们还允许更紧凑的芯片设计，从而减少空间需求并可能增加每台服务器的处理单元。”

Khan 在钻石技术领域的研究既广泛又深入，在一系列应用领域取得了重大进展，在实验室合成钻石的创新中发挥了重要作用，为掺杂多晶钻石研究的新突破做出了贡献，并率先为一系列光学、光子和半导体元件应用开发了创新设计和制造技术。与 Khan一起加入 Diamond Quanta 的还有Tae Sung Kim 博士，他将领导公司的光子学和晶圆厂工程工作。

Kim 表示：“Diamond Quanta 正在彻底改变电子和量子应用。随着我们走出幕后，尖端的芯片技术有望为钻石创造一个充满可能性的新世界。”

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