圆满落幕！金刚石半导体商用化近在咫尺？12月5-7日，金刚石前沿应用及产业发展论坛，Carbontech，陪伴行业发展

金刚石前沿应用及产业发展论坛

走在科研前列，从科学问题到工程问题，从科学研究到技术创新，从学术到应用到产业需要走过哪些历程？

金刚石，作为自然界中硬度最高的物质，拥有众多卓越的物理特性，使其在“芯+热+光+储”等前沿领域展现出巨大的应用潜力。随生长技术大幅度提升，金刚石从工业级-宝石级-热学级-光学级-电子级，逐步跃迁，同时价格下行，带动应用端的尝试。市场需求驱动金刚石优异性质被不断挖掘，功能化应用场景不断丰富，金刚石在国防、5G/6G无线通讯、能源互联网、新能源汽车、量子技术、能源存储等领域凸显战略地位。如今，金刚石功能化器件在这些领域的应用已成为行业内共同关注的焦点，如何推动其产业化道路，以及如何在金刚石行业中推陈出新，结合新应用开辟一片新蓝海，是我们当下亟待探讨和解决的重要课题。尤其是在芯片领域，金刚石在半导体领域应用的商用化已近在咫尺，这无疑为整个行业带来了前所未有的机遇与挑战。

Carbontech 2024金刚石前沿应用与产业发展论坛邀请中国科学院宁波材料技术与工程研究所，江南研究员、西安交通大学王宏兴教授、广东工业大学副校长，王成勇教授、日本明星大学主任研究员/东京大学特任研究员，王俊沙教授、甬江实验室邬苏东研究员、浙江工业大学，胡晓君教授、北京科技大学，魏俊俊教授、大阪公立大学，梁剑波副教授、英国元素六业务拓展经理、首席科学家，Ian Friel博士、安徽省国盛量子材料技术科技有限公司，梁坤先生、北京特思迪半导体设备有限公司销售总监，梁浩先生、中国地质大学（武汉），陈巧副教授、中国科学院上海光学精密机械研究所，张书隆副研究员、苏州思体尔软件科技有限公司 CEO，Mariia Lambrinaki女士、西南科技大学，张文副教授、西安晟光硅研半导体科技有限公司总经理，杨森先生、华侨大学，温秋玲副教授、昆明理工大学叶小磊助理教授、普敦实验室设备（上海）有限公司产品经理，李倩倩女士，从金刚石生长到量子、水处理等前沿应用谈起，到目前金刚石在激光、封装领域散热、金刚石半导体加工及晶圆进展等产业发展面临的难题，进行详细探索与剖析，并给出发展建议。

开幕式上，甬江实验室，邬苏东研究员，开幕致辞。

邬苏东研究员表示，近年来，金刚石功能化器件愈发重要，热管理应用是未来金刚石在半导体领域应用的第一步，希望通过搭建Carbontech这一平台，为国内外金刚石领域的专家学者、企业界人士提过一个交流合作圈子，共同探讨金刚石前沿应用的最新成果和发展趋势，分享经验，凝聚共识，携手推动金刚石产业化道路的进程，不断推陈出新，结合新应用开辟一片属于金刚石的新蓝海。

安徽省国盛量子科技有限公司，梁坤先生分享《金刚石量子传感器的研究与产业化应用》。

报告中指出，在国际基本单位全面量子化的时代背景下，量子传感器将是未来传感测量技术发展演进必然趋势。国盛量子团队利用金刚石NV色心与周围环境的相互作用，自主研发了金刚石量子磁力传感器，具备高精确度、高分辨率、大带宽的技术优势。金刚石量子传感器在地球物理科学、生物医疗、工业检测以及新一代定位导航等领域具有很好的落地应用价值。目前该公司团队正致力于探索量子磁力传感器场景应用，解决工业技术难题，赋能新质生产力。

北京特思迪半导体设备有限公司销售总监，梁浩先生，分享《精密磨抛技术在金刚石材料加工中的应用》。

报告中提到，在金刚石材料加工领域，特别是金刚石衬底加工环节，研磨与抛光难题显著，尤其是CVD金刚石生长质量良莠不齐，表面缺陷表面质量差，TTV较大难以控制，需要大幅度修正，导致粗加工去除量大，时间和耗材成本剧增，金刚石衬底研磨抛光设备及工艺的重要性不言而喻，它是提升衬底表面质量的关键。

梁浩总监，围绕提升金刚石磨抛精度及效率展开，介绍了金刚石整体磨抛工艺方案，并介绍相关设备与工艺的进展状况。与此同时，该团队也在深入探究辅助抛光应用于金刚石磨抛的可行性，正在对多种辅助抛光方法进行分析与实验，深度挖掘其解决金刚石难抛光问题的潜力。

昆明理工大学，叶小磊助理教授，分享《MPCVD法制备金刚石及相关材料》。

微波等离子体化学气象沉积（MPCVD）是制备大尺寸高品质金刚石的优选技术。大尺寸、高品质金刚石片材制备是当前面临的“卡脖子”难题。然而通过纯实验优化金刚石沉积工艺周期长、效率低、成本高。该团队利用Comsol软件模拟仿真金刚石沉积的形核条件，减少材料损耗，节约探究时间。在Comsol软件中改变影响金刚石薄膜沉积的温度，压强等条件，找到微波等离子体和各个条件的关系。详细探讨了单晶金刚石MPCVD法生长、跨尺度多晶金刚石膜MPCVD沉积工艺、无氢体系下MPCVD沉积金刚石膜工艺、多晶金刚石膜表面处理改性研究、硼掺杂金刚石膜MPCVD制备及其对染料废水降解应用等相关研究及进展。

中南大学，魏秋平教授，分享《硼掺杂金刚石电极的调控与电化学工程应用》。

报告中提到，硼掺杂金刚石（BDD）薄膜电极是电化学氧化技术领域的理想电极材料。金刚石特殊的sp3杂化碳-碳共价键结构及其硼掺杂后具有的导电性，赋予了其优异的电化学特性（如最高的析氧电位、最宽的电化学窗口、优异的耐腐蚀性及抗污染性等特点）。目前，热丝化学气相沉积技术是规模化、低成本制备BDD电极的关键技术，而BDD电极的电化学性能与HFCVD制备工艺密切相关，可通过调节沉积气氛、温度、气压、时间等工艺来调控其硼原子掺杂浓度、晶面取向、sp3/sp2相比例等。

魏秋平教授详细介绍了BDD电极材料大面积制备的技术瓶颈与解决方案，BDD电极电化学氧化降解高危废水的应用现状，以及应用于高危废水处理的电化学资源再生与回收系统。

普敦实验室设备(上海)有限公司产品经理，李倩倩女士，分享《纯净氢源，开启钻石新篇》。

报告从目前金刚石最新应用手机散热、饰品谈起，李倩倩女士提到预计2025年，销量将达400万克拉，渗透率将达到13.8%。首饰消费额将达到 15 亿美元。过去价格下跌，当前价格趋于稳定，未来价格有望在合理区间内波动。常见的供气方式主要有钢瓶供气、碱液制氢等，但安全性、便携性，纯度均有待提高。普敦提供了超纯氢气解决方案，不仅满足了人工钻石合成对氢气的高纯度要求，更在提升钻石品质与产量的同时，助力行业探索高效、环保的生产路径。

中国地质大学(武汉)，陈巧副教授分享《高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展》。

报告中指出，金刚石具有卓越的物理性质，基于金刚石的负温度系数（NTC）热敏电阻极具发展潜力，其探测温度范围涵盖低温、常温、高温三大温区，响应时间常数可达µs量级，此外还能兼具金刚石超高的硬度、良好的抗辐照能力等形成集辐照计量、机械加工等功能为一体的多模态智能温度感知器件。开发高灵敏、快响应且极端环境适用的新型多功能金刚石NTC热敏电阻，有望突破传统热敏材料瓶颈，在精准温度信息监测领域续写新的篇章。

陈巧副教授，详细介绍团队在超高灵敏度、超快响应速度和宽温域探测的金刚石热敏电阻领域的最新研究进展及金刚石热敏电阻应用潜力与挑战。

中国科学院上海光学精密机械研究所，张书隆副研究员，分享《金刚石在激光领域的应用研究》。

报告指出，金刚石具有高热导率和及其稳定的物化性质，是高功率、高重频激光器热管理应用的理想材料。金刚石还具有紫外至微波波段的透光范围以及极高的拉曼增益和拉曼频移，是非常优异的非线性光学材料。目前，基于金刚石的高效热管理技术已被广泛应用于高功率器件，以金刚石为增益介质的拉曼激光器在紫外至红外波段的高功率脉冲及连续激光也均有出色表现。

张书隆副研究员，结合了目前金刚石在激光领域中的研究现状，详细介绍了本团队在光学级金刚石制备、金刚石拉曼激光以及金刚石/激光晶体集成技术等方面的相关研究工作。

厦门大学，钟毅助理教授分享《三维集成金刚石先进散热技术进展》。

随着“后摩尔时代”三维集成电路的封装密度和功率密度急剧攀升，对芯片热管理提出了重大挑战。金刚石因其超高热导率、良好绝缘性，成为芯片散热的理想衬底材料。通过将金刚石集成到芯片热源附近，显著降低热点到散热器间的封装热阻，成为当前实现芯片高效散热的重要突破路径。

钟毅老师详细介绍团队在三维集成金刚石先进散热方面的研究进展，介绍了厦门大学平台与设备能力，以及技术产业化落地基地与途径。同时，介绍了Intel、Akash Systems等头部应用单位对金刚石散热的最新进展，提出金刚石散热大规模产业化的里程碑究竟在何时？邀请行业同仁产学研协同攻关，例如价格、低温生长、热导/热阻精确测试、键合、三维集成兼容工艺、多芯粒AI芯片集成金刚石散热及可靠性等方面技术与产业发展难题。

英国元素六业务拓展经理、首席科学家，lan Friel博士，分享《使用 CVD 金刚石散热器提升高功率密度芯片的性能》。

先进半导体器件中的热管理挑战日益导致性能受限。高功率射频放大器（HPA）内的散热可产生高达数千瓦每平方厘米的热通量，而具有异构集成逻辑和存储小芯片的人工智能芯片则需要通过多层材料进行热传递。在所有情况下，器件温度必须保持在最高允许峰温值以下，以确保器件可靠运行，否则无法实现其全部性能潜力。

为应对热挑战，lan Friel博士从一些战略需求谈起，包括对新型热管理材料（如人造金刚石）的关键需求。用2个案例详细展示了化学气相沉积（CVD）金刚石散热器的有效性。

在第一个示例中，将室温热导率为 1000 和 2200 W m^-1 K^-1的 CVD 金刚石散热器与 S 波段碳化硅基氮化镓高功率放大器单片微波集成电路（MMIC）集成。散热器用 Ti/Pt/Au 进行金属化处理，以便于芯片粘贴并为 HPA 提供射频接地。在每个金属化的金刚石散热器上分配纳米银烧结膏，并通过无压烧结安装和粘贴镀金的 MMIC 芯片。重复此过程将芯片 - 金刚石叠层粘结到 CuMo 冷却块上。与直接安装在 CuMo 载体上的器件相比，粘结到金刚石上的器件显示出显著的温度降低。

对于第二个应用案例，lan Friel博士团队研究了一个硅热测试芯片，该芯片由八个热点器件组成，每个器件尺寸为 450×300 微米²，附着在室温热导率为 2200 瓦每米开尔文的 CVD 金刚石散热器上，并通过金锡焊连接到在硅中制造的混合微射流/微通道冷却器上。芯片的总功率增加到最大 100 瓦，相当于每个器件约 9.3 千瓦每平方厘米，通过比较有无金刚石散热器时红外相机测量的最大热点温度与总加热功率来评估热性能。在最大热点温度为 200°C 时，集成金刚石可将功率从约 75 瓦增加到 100 瓦，这表明实际器件的性能有显著提升。相反，在固定加热功率为 70 瓦时，金刚石可使温度降低 40°C，这表明器件可靠性有了相当大的提高。

广东工业大学副校长，王成勇教授，分享《金刚石材料的激光加工》。

明星大学主任研究员、东京大学特任研究员，王俊沙教授，分享《金刚石晶圆表面超光滑抛光及其常温键合》。

报告中分享到，金刚石具有优异的热导率和较高的弹性模量，将其与其他晶圆进行直接键合一直被视为解决功率器件散热问题、开发新型声表面波器件的关键技术。传统的键合一般需要高温，而表面活化键合（SAB）技术的出现使得室温键合成为可能，并创造了具有世界最高热导率的键合界面。然而，由于金刚石晶圆抛光难度较大，金刚石与其他材料的表面活化键合仅限于小尺寸。为了减小金刚石晶圆翘曲和表面粗糙度从而实现全面键合，王俊沙教授团队创新性地提出了一种结合等离子辅助抛光（PAP）和气体团簇离子束（GCIB）照射的新型干法蚀刻工艺。使用该工艺对2英寸多晶金刚石晶圆进行抛光后，表面峰谷值（Pv）和表面粗糙度RMS可分别控制在3μm和1nm以下，并通过表面活化键合首次实现了其分别与2英寸GaN和4英寸LiNbO3晶圆的常温全面键合。

北京科技大学，魏俊俊教授，分享《大尺寸 CVD 金刚石材料制备及其热学应用》。

化学气相沉积（CVD）金刚石兼具超高热导率、极佳稳定性、大面积沉积等优势，被誉为功率电子器件的“终极散热材料”。然而受限于材料合成及加工技术，金刚石散热材料规模化应用发展迟缓。北京科技大学团队深耕CVD金刚石研究30余年，已发展出具有国际领先水平的大尺寸高导热金刚石材料制备技术。近年来，又相继突破了大尺寸金刚石材料的高效成形、超精细结构加工、以及表/界面调控等关键技术，显著提升了CVD金刚石散热材料工程应用水平。在报告中，魏俊俊教授详细介绍了大尺寸金刚石膜制备及热学研究及应用现状，以及该团队在金刚石导热材料合成、高效加工、以及在功率器件散热方面的研究进展，并对相关工作进行展望。

大阪公立大学，梁剑波副教授，分享《金刚石常温键合技术在高性能半导体器件散热中的应用》。

在高功率运行中，半导体器件的性能、稳定性和使用寿命常因自加热效应受限，主要原因是热管理不足。金刚石凭借其优异的热导率，作为GaN HEMTs功率器件的潜在散热材料受到广泛关注。目前，金刚石与GaN HEMTs的集成主要有两种技术路线。第一种是在去除GaN-on-Si基板上的硅后，在裸露的GaN表面上沉积金刚石，并使用介电过渡层（如SiNx或AlN）。第二种方法是去除GaN-on-Si基板上的硅后，使用粘附层（如非晶硅）将GaN粘接到金刚石基板上。

梁剑波教授团队在室温下成功地实现了Si、GaAs、GaN和3C-SiC与金刚石的直接键合。研究了将AlGaN/GaN/3C-SiC薄膜转移至大尺寸多晶金刚石基板上，以生产低成本、高散热性能的GaN器件。同时，也正深入研究界面结构和热边界阻力，以进一步提升器件的性能和可靠性。

河北工业大学，白振旭教授，分享《朝着光束全方位调控的金刚石激光技术》。

苏州思体尔软件科技有限公司 CEO，Mariia Lambrinaki女士，分享《传统 MPCVD 反应器中气相成核对纳米及多晶金刚石生长的影响》。

西南科技大学，熊鹰教授，分享《小分子液态源 MPCVD 制备超纳米金刚石薄膜材料及应用研究》。

近年来，金刚石-石墨烯（DGN）复合杂化薄膜由于具有优异的物理化学性质而受到业内广泛的关注，并在不同应用领域显示出极大的应用潜力。西南科技大学大学团队在高品质DGN复合杂化薄膜小分子液态源MPCVD制备与应用方面取得系列研究成果，详细介绍了DGN复合杂化薄膜小分子液态源的制备及在热管理、场发射、火炸药分子表面增强拉曼散射（SERS）分子检测及储能等领域的应用现状，分析和展望了DGN复合杂化薄膜在新材料领域的应用前景。

西安晟光硅研半导体科技有限公司总经理，杨森先生，分享《微射流激光先进技术基于大尺寸金刚石高品质分片及微流通道制备方案》。

报告中详细分析了传统激光与微射流激光技术的特点与差异，晟光硅研研发了微射流激光技术加工单晶金刚石材料设备与工艺。与传统激光加工相比，微射流激光应用于金刚石材料切片的效率提升明显，材料损耗极少；基于技术的独特性，能够突破传统激光难以加工大尺寸金刚石材料的局限性。目前能够解决最大尺寸50*50mm金刚石材料的切片问题。同时，在加工效率、加工损耗、成品面型、碳化影响等方面，经过打样及批量代工的技术积累迭代，已经形成完备的可销售标准化设备，为金刚石行业降本增效助力。除此之外，微射流激光先进技术也可同步用于第三代半导体、陶瓷基板、磁性材料、航空航天特种材料、金属切割/闪烁晶体等。

华侨大学，温秋玲副教授，分享《纳秒激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶 CVD 金刚石研究》。

金刚石微结构在精密光学、高性能工具、芯片热管理等领域都具有巨大的应用潜力。但单晶金刚石极高的硬度、出色的耐磨性、高化学惰性和各向异性等特点也给金刚石上制备微结构带来了重大挑战。但是现有的激光加工金刚石依然存在崩边、裂纹、重铸层厚等问题。

为了解决这些问题，温秋玲教授课题组提出了激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶金刚石的新方法。利用激光诱导产生的高温活性金属等离子体与金刚石发生反应，同时引入外加磁场调控等离子体运动轨迹来来提高金刚石的加工效率和改善加工形貌。系统研究了激光加工参数、金属靶材种类、磁场参数对LIPAA加工金刚石微槽的影响规律，并揭示了激光诱导活性金属等离子体加工金刚石的材料去除机理。该团队的研究为金刚石微结构的高效高质加工提供了理论依据和技术支撑。

W1金刚石半导体及超精密加工主题馆设置了10000㎡的专题展览区，展示最新的单晶金刚石晶圆、金刚石散热片、BDD电极、单晶热沉片等功能化产品器件，芯片减薄金刚石砂轮、金刚石微粉、金刚石研磨液、金刚石片晶、金刚石线锯等传统精密加工产品以及激光切割机、MPCVD设备、六面顶压机等金刚石生产加工设备，探讨交流金刚石在半导体产业链上的前沿应用以及金刚石在金属、陶瓷、硬脆性材料等领域的超精密磨削加工解决方案。

聚集来自金刚石、碳化硅及超精密加工产业链上下游的生产商、仪器检测设备、器件研究、终端器件应用等各展商，在Carbontech 2024的现场展示他们最新的产品与解决方案，为产业界和学术界搭建一座沟通桥梁。大家络绎不绝，咨询产业最新进展！与此同时，针对半导体CMP抛光难题，各位专家学者围绕科研、产业进展，进行交流，分享观点与建议。

欢迎晚宴

感谢一路有您的支持与陪伴！

再次感谢，所有与会人员，我们携手各位与会人员，陪伴半导体与加工行业发展！