新品｜高品质铱单晶薄膜：大尺寸异质外延单晶金刚石核心基底材料

金刚石作为公认的终极功率半导体材料，相较碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）两类第三代功率半导体材料，具备超高硬度、高弹性模量、超过 2000 W/(m・K) 的热导率、优异载流子迁移特性（电子迁移率 4500cm²/(V・S)、空穴迁移率 3800cm²/(V・S)）、高击穿电场、高载流子饱和漂移速率与低介电常数（5.7）等综合理化优势，是研制新一代大功率、高频、耐高温、低损耗电子元器件的核心候选材料。

用于功率器件的宽禁带半导体材料品质因子

现阶段境外机构持续加速金刚石基功率器件产业化研发进程。法国 Diamfab 针对新能源汽车领域研制金刚石二极管、金属氧化物场效应晶体管、电容等元器件；相较碳化硅器件，金刚石器件可降低三倍能量损耗，芯片体积缩减至原有四分之一，配套无源元件尺寸亦可压缩四分之三。日本精密零部件企业 Orbray 联合车载半导体研发机构 Mirises Technologies，面向车用高压电源系统开发金刚石功率器件，布局规模广阔的新能源汽车应用市场。长远来看，金刚石功率半导体产业具备极大商业化发展潜力。

功率电子器件规模化落地，对高品质化学气相沉积（CVD）单晶金刚石晶圆存在刚性需求，该类晶圆可耐受高强度电场，兼具较快晶体生长速率与低缺陷密度特性。目前，2 英寸规格单晶金刚石晶圆量产制备仍是金刚石半导体产业化进程中的核心技术瓶颈。全球范围内主流制备路径分为同质外延、异质外延两类，均可用于高品质大尺寸单晶金刚石制备。

其一为同质外延制备工艺。该工艺可复刻衬底晶体点阵结构，产出高结晶质量外延单晶层，但受金刚石籽晶原生尺寸约束，难以适配半导体产业对大尺寸晶圆的应用需求。即便采用马赛克拼接工艺突破籽晶尺寸限制，拼接成型的复合衬底仍存在界面缝隙、位错增殖、晶格缺陷等固有问题，会直接劣化外延金刚石晶圆综合品质。

其二为异质外延制备工艺。实现金刚石异质外延生长需攻克两大核心条件：适配性最优基底材料与高效形核工艺；其中负直流偏压增强形核技术（BEN）为现阶段效能最优的形核手段，金属铱（Ir）则是综合性能无可替代的基底材料。

科研团队已对硅、碳化硅、铜、镍、铼、碳化钛等多种备选基底开展对照实验，实验结果表明，上述材料表面外延金刚石晶粒成核密度显著低于铱基底，晶体取向离散度更大；即便延长晶体生长周期，仍无法形成完整单晶金刚石外延层。

上世纪 90 年代末期，行业正式建立铱基底单晶金刚石异质外延生长工艺体系；2017 年，德国奥格斯堡大学依托金属铱基底，制备得到直径 92 毫米单晶金刚石晶圆。

日本科研机构在金刚石半导体产业化赛道具备先发优势，Orbray 株式会社自主研发阶梯式生长工艺，以蓝宝石为承载基底、倾斜取向铱薄膜作为过渡缓冲层，完成单晶金刚石晶圆异质外延制备，现已稳定产出 2 英寸规格晶圆，中长期技术攻关目标为实现 4 英寸、6 英寸大尺寸单晶金刚石量产制备。

化合积电长期深耕金刚石基功率半导体材料研发与工艺迭代，近期依托异质外延技术路线，于蓝宝石基底表面完成高品质铱单晶薄膜稳定制备。该铱单晶薄膜可显著提升单晶金刚石外延生长结晶品质，对高品质、大尺寸单晶金刚石半导体基材量产制备具备关键支撑价值。目前化合积电面向全行业开放高品质铱单晶薄膜产品供销渠道，助力产业链推进大尺寸金刚石半导体材料产业化进程，欢迎各单位咨询产品报价与采购事宜。

产品参数

检测结果

单晶铱SEM图（567X)