近年来，在电动汽车和5G通信等新兴起的产业的推动下，以碳化硅和氮化镓为主的第三代半导体产业受到广泛关注，迎来快速的提升时期。而金刚石是下一代功率器件最有希望的候选材料，其禁带宽度（5.5eV），热导率（2000 W/m·K）和击穿场强（10 MV/cm）比碳化硅更高，并且具有稳定的化学特性和极强的抗辐照性能。另外，金刚石也是承载量子信息的明星材料，完美的晶格结构可以容纳数百种缺陷，其中带负电的氮空位中心缺陷在量子应用中具备极其重大地位。

　　然而金刚石的优异性质能否转变成市场可接受的产品，其前提是必须有高品质大面积的金刚石材料。当下，大尺寸单晶金刚石衬底（ 4 英寸）和适当的材料的品质是金刚石功能化应用进入市场的关键。

　　根据Yole Group 的《2023 年新兴半导体基板》报告，分析师预计半导体金刚石晶片市场在未来五年内不会大幅度增长。相反，预计到 2028 年将低于 100 万美元，2022-2028 年复合年增长率为 5% 。

　　人们对合成金刚石的兴趣，大多分布在在珠宝、光学窗口、精密切割以及许多其他不使用金刚石作为有源半导体器件的应用领域。主要的基板制造商包括 Element SiX（英国）、住友电工（日本）和 Coherent（美国）。除了这一些企业之外，Yole Group 还见证了几家初创公司的成立，这一些企业大多利用多年的学术研发专业相关知识来推动半导体金刚石器件的商业化。

　　Gauthier Chicot (GC)：大家好，我是 Diamfab 的首席执行官兼联合创始人 Gauthier Chicot。我一直对电子科技类产品很感兴趣，在学习工程学期间，我意识到电子科技类产品是我们经济和社会的核心——而这仅仅是个开始。我想了解如何、为什么，以及最重要的是如何改变事物；我认识到这一切都归结于用来制造这些工程部件的半导体材料。

　　于是，我开始专攻半导体，特别是新型半导体材料。在博士论文中，我研究了很多类型的大间隙半导体，尤其是金刚石，它被认为是终极半导体。在撰写论文期间，我遇到了 Khaled Driche，他也在致力于金刚石晶体管的开发。

　　我们很早就发现了这项技术的“威力”。Khaled 和我以及我们的联合发起人（技术顾问）决定，我们要尽自己的一份力量来改变能源管理。这促使我们创建了 Diamfab，目标是成为社会电气化和脱碳的关键参与者。

　　我们在法国格勒诺布尔创立了 Diamfab，我们这样做是有目的的。格勒诺布尔拥有一个充满了许多活力的生态系统，可以开发新技术，尤其是在半导体行业。我们有时将其称为“法国硅谷”，但我相信很快我们就会将格勒诺布尔称为“钻石谷”。

　　TA：请介绍一下Diamfab，并描述其商业模式以及你们产品所依赖的技术。

　　GC：Diamfab 成立于 2019 年，以格勒诺布尔法国国家科学研究院 (CNRS) 30 年的研发工作为基础。

　　我们的基本创新是使用金刚石作为半导体，以取代硅。事实上，当谈到半导体中的电力时，硅已经没办法胜任。终极半导体是金刚石，它可以管理更高的功率，效率更高（损耗比硅少 10 倍），并且从制造到组件使用都具有有限的碳足迹（通常比当今最有效的解决方案少 10 倍）。

　　我们的目标是让金刚石在半导体行业得到普遍应用，从电力电子到量子传感器。在 Diamfab，我们想说的是，我们正在充分的发挥金刚石作为半导体的潜力。

　　我们合成半导体金刚石并开发基于这样一种材料的组件，其专业水平在世界上是独一无二的。

　　我们是全球少数几家专门合成具有电子特性的金刚石的公司之一，我们对这项技术的掌握程度已经到了可以将其转化为可用于任何行业组件的程度。

　　正是这种对金刚石材料和部件的专业相关知识让我们脱颖而出。我们掌握了两个错综复杂、至关重要的阶段，这让我们既高效又有吸引力。

　　GC：乍一看，系统级菱形为所有关键参数带来了价值，以便在三个主要要素上提高电源效率：

　　主要趋势有一个共同点：电气化、可持续性和效率的目标。AI和数据中心、移动性、电气化、工业电气化、可再次生产的能源整合、能源存储、绿色氢气生产和热泵都需要电力电子作为其系统的关键组成部分。

　　回顾 20 年前的世界，电力电子的应用仅限于火车、电机驱动器和 UPS，这些都无法推动经济发展。如今情况已发生了变化。例如，汽车行业无疑正在推动创新并逐步推动电力电子市场的发展。此外，金刚石价值路径满足了所有这些挑战，是我们长期瞄准的最大行业之一。金刚石对于更“利基”的行业也具有重大优势，例如极端条件下的电子科技类产品，这是我们大家都希望在中期解决的问题。

　　TA：就其技术属性而言，金刚石是制造高效晶体管的终极材料。在电力电子行业采用金刚石器件的主要挑战是什么？

　　GC：一大挑战是技术上的，与材料有关（见下面问题 5 的答案）。另一个挑战是扩大这样一种材料的采用所需的生态系统。这就是怎么回事我们很早就开始与关键的工业参与者合作，无论价值链的低端还是高端。

　　今天的工业合作伙伴将成为明天的客户。我们正在与工业合作伙伴合作，使我们的技术适应他们的需求。我们的方法很实用，远远超出了材料本身。这就是最终用户与我们接洽的原因，以便我们大家可以共同开发设备。协作开发方法是我们 DNA 的一部分，我们已开始与一些行业参与者合作，例如 STMicroelectronics、Soitec、Schneider和 Murata——而且由于我们成功的融资和我们的前工业试验线，我们正迅速开始与更多公司合作。我们现在进入的阶段对于让我们进入市场至关重要，这就是我们现在加快速度的原因。

　　当然，正如我之前提到的，还有很多工作要做，但如果我们一起看看电力电子市场的大局，由于 SiC 和 GaN 的出现，我们正在了解半导体对系统性能和成本的重要性。因此，金刚石将从这种采用学习路径中受益。

　　TA：目前，市场上只有小尺寸的金刚石晶片。您预计电子级 6 英寸单晶金刚石晶片何时可以商业化？您能谈谈价格和所需的质量吗？

　　GC：从技术角度来看，在期望金刚石成为商业现实之前，有三个历史障碍要解决：金刚石晶片尺寸、金刚石晶片质量和金刚石掺杂。

　　在 Diamfab，我们专注于质量（默认密度）和掺杂控制方面的开发工作。

　　生长大尺寸金刚石晶体并非易事。虽然其他半导体技术（如研发投资）来自国防应用，但金刚石行业也在利用珠宝等别的行业的知识。这种演变正在高速发生。例如，4 英寸单晶晶片（100 毫米）已经开发出来，而几年前，市场上只有 2 毫米和 3 毫米晶片。

　　在掺杂工艺方面，金刚石与几乎所有其他半导体都不同。因此，扩散或注入工艺并不适用。金刚石的碳晶格非常致密，掺杂原子无法适当地渗透以进行扩散。此外，注入工艺对金刚石掺杂效率不高，甚至会对晶体网格造成不可修复的损坏（即使热退火也无法修复），从而使金刚石无法用于电力电子。因此，金刚石掺杂是“原位”进行的，这在某种程度上预示着在金刚石生长过程中引入掺杂剂。如今，Diamfab 是制造掺杂工艺方面的专家，从无意掺杂到绝缘体上掺杂再到金属过渡，半导体金刚石的所有中间掺杂均通过了，并且 x、y 和 z 轴的控制均匀性更高。

　　最后，由于我们对与电子特性相关的金刚石晶体很有准确的认识和理解，晶体质量也是 Diamfab 正在研究的一个课题。

　　关于价格，需要记住的是，金刚石是通过 MPCVD（微波等离子体增强化学气相沉积）合成的，使用的是甲烷和氢气——两种相对便宜且储量丰富的气体。此外，合成温度（因此消耗的能量）是合理的——（1000°C），而合成 SiC 的温度则 2000°C。

　　最后，由于金刚石具有极高的性能，与 SiC 相比，制造给定的有源元件所需的晶圆表面要少 4 到 50 倍。因此，我们估计，从我们拥有 4 英寸晶圆的那一刻起，我们将能够与 SiC 竞争。

　　TA：NV 金刚石已被提议用于计算和医疗应用中的量子传感。您怎么样看待这个方向的进步？

　　GC：金刚石在量子应用方面的一大优势是它在室温下具有量子效应，因为晶格中可以有一个 NV 中心（一个氮原子，附近有一个碳空位）。因此，有必要将氮原子整合到金刚石中。我们大家都知道如何用硼做到这一点，几年前我们决定将这项技术应用于氮。我们获得的结果非常令人信服，引起了我们一些专门开发金刚石量子传感器的合作伙伴的兴趣。我们对掺杂的控制非常精确，特别是在深度上（在仅几纳米厚的层上进行非常高的掺杂水平），很适合量子磁力计等应用。再加上金刚石不需要冷却到低温（例如与硅相比），并且系统能做到更简单、更紧凑，这让我们大家可以想象金刚石在量子传感器领域的巨大机遇。

　　GC：我想重申，金刚石不再只是实验室的话题。它现在正在成为一种工业现实，而我们 Diamfab 正努力对其产生重大影响。