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一家扎根于珠宝行业的日本公司与学术研究人员合作，开发了一种批量生产2英寸钻石晶圆的新方法。重要的是，这些“肯赞钻石”纯度足够高，可用于量子计算等应用。据消息人士称，这些 2 英寸金刚石晶圆中的一个可用于存储相当于 10 亿张蓝光光盘的容量。
据报道，这种金刚石晶圆量产技术由Adamant Namiki Precision Jewelry Co., Ltd. 与九州佐贺大学合作开发。以前具有量子计算应用所需纯度的金刚石晶片在尺寸上受到严重限制。据消息人士称，以前不可能将它们扩大到 4 平方毫米以上。以前生长 2 英寸晶圆（直径约 55 毫米）的尝试导致了氮杂质的含量，这使得晶圆对计算行业几乎没有用处或没有用处。
大规模生产的突破似乎来自以下技术的应用。金刚石是在涂有铱膜的蓝宝石衬底上生长的，采用“阶梯流生长”（step flow growth）原理，而不是使用 diamond micro-needle seeding
。
新技术使用的基底和阶梯结构允许金刚石在高温和高压下生长，冷却时不会出现任何应力裂纹。
这种晶圆生长方法还可以最大限度地减少氮的吸收——低于 30 亿分之一。
新晶圆的尺寸和低氮特性使其可用于量子存储应用。使用 2 英寸金刚石晶圆进行量子存储有助于存储多达 10 亿张充满数据的蓝光光盘。它也相当于典型一天移动网络传输的数据量。根据我们的计算，这意味着单个金刚石光盘可以存储多达 25 艾字节的数据。
Adamant Namiki Precision Jewelry 计划在 2023 年将 Kenzan 金刚石晶圆商业化。它已经在着手开发 4 英寸金刚石晶圆。
对于电子用途，钻石具有一些独特的吸引力。上个月，我们报道了日本科学家的另一项突破，他们使用钻石制造出对低损耗功率转换和高速通信组件具有极大吸引力的晶体管。
碳的独特性质，在以金刚石形式存在时，长期以来一直引起半导体研究人员的兴趣。尽管将钻石作为半导体领域的下一件大事已经看到了许多错误的开始（和未开始），但来自日本的一些新研究提供了新的希望。
日本国家材料科学研究所 (NIMS) 的研究人员展示的关键进展是设计了具有高电子空穴迁移率的金刚石场效应晶体管 (FET)。需要更大的空穴迁移率，因为它可以减少传导损耗并允许更高的操作速度。然而，以前的研究人员在努力诱导导电性的过程中削弱了钻石的这种固有品质，而导电性对于电子功能至关重要。
由首席研究员 Takahide Yamaguchi 领导的 NIMS 研究人员展示了他们的新型金刚石 FET 的可喜成果，但他们是如何做到的呢？在下图/左图中，您可以看到用于制造突破晶体管的结构和材料。在下方/右侧，您可以看到 NIMS 制造的金刚石 FET 的显微照片。
NIMS 使用单晶六方氮化硼 (h-BN) 代替典型的氧化物材料作为栅极绝缘体。有一个石墨栅电极，金刚石是衬底。此外，研究人员在氩气中制造了新的 FET，然后将其层压在 h-BN 中，因此它与空气没有任何接触。
Yamaguchi 表示，以前制造金刚石晶体管的尝试面临“非常低的迁移率挑战，仅为金刚石原始空穴迁移率的 1% 到 10% 之间”的问题。在过去的几年里，FET 研究使用了表面碳原子与氢原子共价键合的钻石。这种氢掺杂技术以前被认为是导电性所必需的，但实际上阻碍了金刚石的天然宽带隙半导体特性。不幸的是，这引入了载流子散射，降低了材料的自然空穴迁移率。
然而，根据 Yamaguchi 的说法，新的金刚石 FET 设计提供的“空穴迁移率是使用氧化物栅极绝缘体的传统 FET 的 5 倍，是 GaN 和 SiC p 沟道 FET 的 20 多倍”。更高的空穴迁移率也意味着更低的传导损耗，因此“沟道迁移率增加 20 倍意味着沟道损耗减少了二十分之一，”他解释道。
研究人员认为，这些新组件在低损耗功率转换和高速通信必不可少的电子应用中非常理想。金刚石 FETS 的另一个有趣且可能非常有用的品质是它们具有常关特性——例如，这在故障安全电力电子应用中具有极大的吸引力。
仍然需要做大量工作来改进金刚石 FET 并使它们成为实用且有用的替代品；然而，NIMS 取得了重大进展。即使成本阻碍采用的明显障碍和金刚石晶圆的最大尺寸问题阻碍了发展，一些早期采用者仍可能被金刚石 FET 所吸引。
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