新火種
2023-09-22 
“終極功率半導體”獲突破性進展！金剛石成下一代半導體材料，受益上市公司一覽
財聯(lián)社1月23日訊（編輯 笠晨）近日，被稱為“終極功率半導體”、使用金剛石的電力控制用半導體的開發(fā)取得進展。日本佐賀大學教授嘉數(shù)教授與精密零部件制造商日本Orbray合作開發(fā)出了用金剛石制成的功率半導體，并以1平方厘米875兆瓦的電力運行。
在金剛石半導體中，輸出功率值為全球最高，在所有半導體中也僅次于氮化鎵產(chǎn)品的約2090兆瓦。與作為新一代功率半導體的碳化硅（SiC）產(chǎn)品和氮化鎵（GaN）產(chǎn)品相比，金剛石半導體耐高電壓等性能出色，電力損耗被認為可減少到硅制產(chǎn)品的五萬分之一。金剛石功率半導體的耐熱性和抗輻射性也很強，到2050年前后，有望成為人造衛(wèi)星等所必需的構(gòu)件。
浙商證券王華君等人在2022年8月13日發(fā)布的研報中表示，半導體材料是制作半導體器件和集成電路的電子材料。耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫，多重特性助推金剛石成下一代半導體材料。金剛石禁帶寬度5.5eV超現(xiàn)有氮化鎵、碳化硅等，載流子遷移率也是硅材料的3倍，同時金剛石在室溫下有極低的本征載流子濃度，且具備優(yōu)異的耐高溫屬性。
CVD法制備人造金剛石因其耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等諸多優(yōu)勢，被普遍認為是制備下一代高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件最優(yōu)材料，根據(jù)原子排列方式不同又分為多晶金剛石及單晶金剛石。展望未來，CVD法人造金剛石可通過晶圓拼接方式制作大面積單晶晶圓，作為半導體芯片襯底可完全解決散熱問題及利用金剛石的多項超級優(yōu)秀的物理化學性能，制造第四代“終極半導體”。
王華君指出，隨著5G通訊時代全面展開，金剛石單晶材料在半導體、高頻功率器件中的應用日益凸顯，目前全球各國都在加緊金剛石在半導體領(lǐng)域的研制工作，其中日本已成功研發(fā)超高純2英寸金剛石晶圓量產(chǎn)方法，其存儲能力相當于10億張藍光光盤。
此外，金剛石單晶及制品是超精密加工、智能電網(wǎng)等國家重大戰(zhàn)略實施及智能制造、5G通訊等產(chǎn)業(yè)群升級的重要材料基礎，相關(guān)技術(shù)的突破與產(chǎn)業(yè)化對于智能制造、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)自主安全具有重大意義。
民生證券邱祖學等人在2022年12月7日發(fā)布的研報中表示，中國人造金剛石產(chǎn)量位居全球第一。隨著先進制造領(lǐng)域中第三代半導體規(guī)模化應用孕育新興需求，工業(yè)用金剛石需求旺盛，預計2021-2025年中國人造金剛石產(chǎn)量CAGR達到13%。
中航證券裴伊凡在2022年8月16日發(fā)布的研報中表示，我國頭部CVD金剛石廠商迎發(fā)展機遇，廠商有中兵紅箭、黃河旋風、力量鉆石、國機精工、沃爾德、四方達等。
具體業(yè)務如下：2022年6月中兵紅箭旗下中南鉆石CVD金剛石技術(shù)實驗室經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，在微波等離子CVD設備上突破了10克拉以上培育鉆石毛還批量制備技術(shù)；公司目前生產(chǎn)培育鉆石方法主要為高溫高壓法，黃河旋風CVD培育鉆石制作方法和第三代半導體的開發(fā)技術(shù)尚處于研發(fā)階段。
力量鉆石發(fā)行擬募集不超過40億元，用于新增培育鉆石和金剛石單晶的產(chǎn)能等；國機精工主要采用MPCVD法生產(chǎn)大單晶金剛石；沃爾德在CVD金剛石的制備及應用方面已有超過 15 年的研發(fā)和技術(shù)儲備；四方達可快速形成大的CVD培育鉆石產(chǎn)能。
浙商證券認為，培育鉆石龍頭有望切入新一代半導體材料領(lǐng)域。建議關(guān)注（1）中兵紅箭：全球培育鉆石+工業(yè)金剛石雙龍頭，高溫高壓+CVD并舉；（2）四方達：CVD 法人造金剛石未來之星，與鄭州大學合作研發(fā)金剛石光電功能器件；（3）黃河旋風：培育鉆石+工業(yè)金剛石雙龍頭之一，加緊研發(fā)CVD大單晶和第三代半導體的開發(fā)和推廣；（4）力量鉆石：行業(yè)新秀崛起，短期業(yè)績增幅大；（5）國機精工：CVD 法人造金剛石技術(shù)儲備多年，功能性金剛石核心技術(shù)引領(lǐng)者。
然而，亦有分析人士指出，制備大面積單晶金剛石拼接法也存在缺點。由于采用小襯底相互拼接的方式，要實現(xiàn)小襯底之間的完美匹配非常困難，所以采用拼接生長法生長單晶金剛石在小襯底拼接處無法避免形成缺陷，甚至導致開裂。
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