新型金刚石半导体

我们日常使用的手机、电视、电脑、音响，都与半导体息息相关，可以说没有半导体，就没有现代世界中轻巧又好用的高科技产品。

金刚石半导体是将人造金刚石用作半导体材料的技术和产物。金刚石做为半导体材料具有优于其他半导体材料的出色特性，这里我们简单科普一下金刚石作为半导体所具有的特点，金刚石在禁带宽度、电子迁移度、热传导率等诸多方面远远出色于其他半导体材料。与已经实现商用的碳化硅、氮化镓相比，金刚石具有无与伦比的特性，因此被誉为“终极半导体材料”。

基于业界长期的研发活动，如今金刚石半导体已经开始逐步迈向实用化。但要真正普及推广金刚石半导体的应用，依然需要花费很长的时间，不过已经有报道指出，最快在数年内，将会出现金刚石材质的半导体试用样品。业界对金刚石半导体的关注程度越高，越易于汇集优势资源、加速研发速度。

金刚石半导体作为一种新兴的半导体材料，一直备受关注。国内外的科研机构和企业不断推进金刚石半导体的研究和开发，又取得一些新进展。在金刚石半导体的研发工作上，一直都是日本的研发机构在引领，并创造了诸多成果，即使是今天，产综研的研发水平也是首屈一指。不过，迄今为止的研发活动都是仅限于实验室内的验证工作，并未研发出可用于电子线路、设备的实际半导体。

近日发表的论文介绍了一种新型的金刚石半导体器件。这种器件采用了三明治结构，在金刚石衬底上生长了两层氮化硼和一层石墨烯，形成了一个“石墨烯/氮化硼/石墨烯/金刚石”结构。研究人员称，这种器件具有高电子迁移率和高热稳定性，有望应用于高功率电子器件、高频通信和微波雷达等领域。

据悉，戴比尔斯集团旗下的Element Six专注于金刚石半导体领域，正计划在2023年开设新的生产线，以满足市场需求的增长。Element Six已经在欧洲、亚洲和北美建立了多个工厂，并在金刚石半导体领域进行了多年的研究和开发。

此外，金刚石半导体还在其他领域展现出了广阔的应用前景。例如，在电力电子领域，金刚石半导体具有低损耗、高温度稳定性和高电压耐受性等特点，有望应用于高功率电子器件；在生命科学领域，金刚石半导体可以作为生物传感器，用于检测DNA和蛋白质等分子。

总的来说，金刚石半导体在新材料、新器件、新技术等方面的不断创新和发展，为各行各业带来了更广泛的应用前景。随着技术的不断推进和市场需求的不断增长，金刚石半导体领域的未来充满机遇。

如今，已经有越来越多的的院校和研发机构在推进金刚石的研发，正在将金刚石半导体从研发阶段推向实用化。能否将金刚石半导体的实用化和潜力推行下去的关键是能否与大型企业展开合作。不过令人遗憾的是，在各研发成果发布会现场，虽然企业的工程师们表现出了极大的兴趣，但是这都与业务没有直接联系，真要实际实现商业化，至少还需要十年左右的时间，且研发成果也无法直接、迅速地带来利润，因此企业才一直犹豫不决。所以，仅靠大学和研发机构是无法实现真正的社会面应用的。

另外，不仅是半导体，金刚石也可应用于量子传感器。金刚石材料对于量子互联网等未来技术非常重要。特殊的缺陷中心可以用作量子比特，并发射称为单光子的单个光粒子。柏林洪堡大学的科学家们已经将单个量子位集成到优化的金刚石纳米结构中。这些结构比人类头发细1倍，可以以定向方式将发射的光子转移到玻璃纤维中。所用金刚石材料的一个特点是晶格中氮杂质原子的密度相对较高。这些可能保护量子光源免受纳米结构表面的电子噪声的影响。

此外，亚马逊正在与Element Six合作开展量子传感项目的研发，量子网络使用亚原子物质以超越当今光纤系统的方式传输数据。金刚石将成为一个组件的一部分，该组件可以让数据在不中断的情况下传输得更远。这个技术的应用也为工业金刚石找到了新的应用。

相信不久的将来，金刚石作为功能材料的特性会应用到更加广阔的领域，并成为我们日常生活的必需品。