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à l'heure actuelle, l'industrie des semi-conducteurs se trouve dans une période critique de transformation.le domaine des semi-conducteurs dominé par le silicium est confronté à des goulots d'étranglement tels qu'une densité de puissance élevée, une haute fréquence, une température élevée, un rayonnement élevé et d'autres conditions ; tendance, avec gan et sic en tête. le développement de nouveaux matériaux représente l'avancement continu des dispositifs de puissance dans le sens de la haute puissance, de la miniaturisation, de l'intégration et de la multifonctionnalité, mais des caractéristiques clés telles que la dissipation thermique et l'efficacité énergétique restent les priorités de l'industrie. poursuite inébranlable.

à l’ère de la recherche de performances et d’efficacité ultimes, une révolution des puces menée par le diamant émerge tranquillement.

le diamant fait référence aux diamants bruts qui n’ont pas été polis. alors, en tant que nouveau matériau semi-conducteur qui a fait irruption aux yeux de tous, quel est le charme des puces « diamant » ? derrière les possibilités infinies, progrès et défis cohabitent.

quel est le charme des chips « diamant » ?

le diamant, connu comme « la substance la plus dure de la nature », est non seulement incroyablement dur, mais possède également une excellente conductivité thermique, une mobilité électronique extrêmement élevée, de multiples paramètres de performance excellents tels qu'une résistance à haute pression, une résistance élevée aux radiofréquences, un faible coût, une température élevée. résistance, et autres. excellentes propriétés physiques.

plus précisément, le semi-conducteur en diamant possède des propriétés matérielles telles qu'une bande interdite ultra-large (5,45 ev), une intensité de champ de claquage élevée (10 mv/cm), une vitesse de dérive de saturation des porteurs élevée, une conductivité thermique élevée (2 000 w/m·k) et un excellent facteur de qualité du dispositif. (johnson, keyes, baliga), l'utilisation de substrats de diamant peut développer des dispositifs électroniques à haute température, haute fréquence, haute puissance et résistant aux radiations, surmontant les goulots d'étranglement techniques tels que les « effets d'auto-échauffement » et la « rupture par avalanche » de appareils.

de plus, le diamant possède d'excellentes propriétés physiques, notamment une bonne transmission et un bon indice de réfraction dans le domaine optique, et convient à la recherche et au développement de dispositifs optoélectroniques, ses propriétés d'isolation et sa constante diélectrique lui permettent de jouer un rôle stable dans les circuits complexes ; ; propriétés mécaniques d'autre part, une résistance élevée et une résistance à l'usure garantissent que la puce peut résister à des conditions de travail extrêmes.

ces caractéristiques font que le diamant présente un grand potentiel dans le domaine de la fabrication de puces, et il est souvent utilisé pour la dissipation thermique de dispositifs électroniques à haute densité de puissance et haute fréquence. il joue un rôle important dans le développement des communications 5g/6g, des circuits intégrés micro-ondes/ondes millimétriques, de la détection et de la détection et d'autres domaines. le semi-conducteur diamant est considéré comme un nouveau matériau semi-conducteur prometteur et est salué comme le « matériau semi-conducteur ultime » par l'industrie.

en utilisant l'électronique diamant, non seulement les besoins de gestion thermique des semi-conducteurs traditionnels sont atténués, mais ces dispositifs sont plus économes en énergie et peuvent résister à des tensions de claquage plus élevées et à des environnements difficiles.

par exemple, dans les véhicules électriques, l'électronique de puissance à base de diamant peut permettre une conversion de puissance plus efficace, prolonger la durée de vie de la batterie et réduire le temps de charge dans le domaine des télécommunications, en particulier dans le déploiement de réseaux 5g et de niveau supérieur, à haute fréquence et ; la demande d’appareils haute puissance augmente de jour en jour. les substrats en diamant monocristallin offrent la gestion thermique et les performances de fréquence nécessaires pour prendre en charge les systèmes de communication de nouvelle génération, notamment les commutateurs rf, les amplificateurs et les émetteurs ; dans l'électronique grand public, les substrats en diamant monocristallin peuvent piloter des smartphones, des ordinateurs portables et des appareils portables plus petits, plus rapides et plus efficaces. composants d'appareils, apportant ainsi de nouvelles innovations de produits et améliorant les performances globales du marché de l'électronique grand public.

selon les données de l'organisme d'études de marché virtuemarket, le marché mondial des substrats semi-conducteurs en diamant vaudra 151 millions de dollars américains en 2023, et la taille du marché devrait atteindre 342 millions de dollars américains d'ici la fin de 2030. le taux de croissance annuel composé prévu pour la période 2024-2030 est de 12,3 %. parmi eux, tirée par la demande croissante des industries de l'électronique et des semi-conducteurs dans des pays comme la chine, le japon et la corée du sud, la région asie-pacifique devrait dominer le marché des substrats semi-conducteurs en diamant et devrait en représenter plus de 40 %. de la part des revenus mondiaux d’ici 2023.

poussé par ses avantages caractéristiques et ses vastes perspectives, le diamant a montré un grand potentiel et une grande valeur dans de nombreux maillons de la chaîne industrielle des semi-conducteurs. des dissipateurs thermiques à l'emballage en passant par le traitement micro-nano, en passant par les électrodes bdd et les applications de technologie quantique, le diamant pénètre progressivement dans divers domaines clés de l'industrie des semi-conducteurs, favorisant l'innovation technologique et la modernisation industrielle.

dissipateur thermique et dissipation thermique :le diamant est devenu le premier choix pour la dissipation thermique de haute puissance en raison de son excellente conductivité thermique et de ses propriétés d'isolation. la conductivité thermique du dissipateur thermique monocristallin en diamant est cinq fois supérieure à celle du cuivre et de l'argent. dans les lasers à semi-conducteurs, les dissipateurs thermiques en diamant peuvent améliorer considérablement la dissipation thermique, réduire la résistance thermique, améliorer la puissance de sortie et prolonger la durée de vie.

cette caractéristique permet au diamant d'avoir également de larges perspectives d'application dans les modules igbt de haute puissance dans les véhicules à énergie nouvelle, le contrôle industriel et d'autres domaines, contribuant ainsi à obtenir une dissipation thermique plus efficace et une densité de puissance plus élevée.

à l'heure actuelle, le matériau de dissipation thermique couramment utilisé dans les lasers à semi-conducteurs de haute puissance est un dissipateur thermique en nitrure d'aluminium, qui est fritté sur le dissipateur thermique en cuivre comme dissipateur thermique de transition. cependant, lorsque la conductivité thermique doit être comprise entre 1 000 et 2 000 w/m·k, le diamant est actuellement le premier choix, voire le seul matériau de dissipateur thermique en option. il existe deux formes principales de diamant utilisées comme matériaux de dissipateur thermique, à savoir le film de diamant et le composite de diamant avec du cuivre, de l'aluminium et d'autres métaux.

substrat d'emballage de semi-conducteur :le substrat est un maillon clé de la conduction thermique dans un boîtier de puce nue. la céramique al2o3 est actuellement le substrat céramique le plus produit et le plus utilisé, cependant, en raison de son coefficient de dilatation thermique (7,2 × 10).^-6/℃) et la constante diélectrique (9,7) sont relativement élevées par rapport au monocristal de si, et la conductivité thermique (15-35w/ (m·k)) n'est toujours pas assez élevée, ce qui fait que le substrat céramique al2o3 n'est pas adapté aux hautes températures. fréquence et applications à grande échelle. utilisé dans les circuits de puissance et vlsi.

par conséquent, avec le développement de la technologie microélectronique, les caractéristiques d'assemblage et de miniaturisation à haute densité sont devenues de plus en plus évidentes, la densité du flux thermique des composants devient de plus en plus grande et les exigences en matière de nouveaux matériaux de substrat sont de plus en plus élevées. le développement de matériaux de substrat présentant une conductivité thermique élevée et de meilleures performances est devenu une tendance générale. par la suite, les matériaux de substrat céramique à haute conductivité thermique aln, si3n4, sic, diamant, etc. sont progressivement entrés sur le marché.

parmi eux, le diamant est progressivement devenu le centre d'intérêt de la nouvelle génération de matériaux de substrat d'emballage en raison de sa conductivité thermique élevée, de son faible coefficient de dilatation thermique et de sa bonne stabilité. en mélangeant des particules de diamant avec des matrices métalliques hautement conductrices thermiquement telles que ag, cu et al, le matériau composite diamant/matrice métallique préparé a initialement montré son grand potentiel dans le domaine du packaging électronique.

bien qu'il soit difficile de transformer un seul diamant en matériau d'emballage et que son coût soit élevé, sa conductivité thermique est des dizaines, voire des centaines de fois supérieure à celle des autres matériaux de substrat céramique, ce qui a conduit de nombreux grands fabricants à investir dans la recherche. alors que la demande de puissance de calcul augmente, les substrats d'emballage en diamant offrent des solutions innovantes au problème de dissipation thermique des puces hautes performances, contribuant ainsi au développement rapide d'industries telles que l'ia et les centres de données.

traitement micro-nano :les matériaux semi-conducteurs de troisième génération tels que le carbure de silicium et le nitrure de gallium sont difficiles à traiter. la poudre de diamant et ses produits sont devenus un outil de traitement puissant en raison de leurs propriétés extrêmement dures.

par exemple, les outils diamantés jouent un rôle clé dans la coupe, le meulage et le polissage des cristaux de carbure de silicium. de plus, avec la popularisation de la 5g, de l'internet des objets et d'autres technologies, l'industrie de l'électronique grand public a une demande croissante de traitement de précision. les outils de coupe diamantés et les produits en micropoudre offrent des solutions de traitement de surface de précision de haute qualité pour les métaux, les céramiques et les produits fragiles. matériaux, favorisant le progrès technologique et la modernisation industrielle de l'industrie.

en outre, le diamant présente des avantages dans de nombreux domaines tels que les fenêtres optiques, les électrodes bdd et la technologie quantique, et est considéré comme un concurrent sérieux pour les futurs matériaux semi-conducteurs.

l'industrialisation des puces « diamant » continue de progresser

à l’heure actuelle, le monde intensifie la recherche et le développement du diamant dans le domaine des semi-conducteurs.

element six remporte le projet uwbgs

récemment, element six dirige un projet clé aux états-unis : le développement de semi-conducteurs haute puissance à bande ultra large utilisant des substrats de diamant monocristallin (sc). le projet fait partie du programme ultra-wide bandgap semiconductor (uwbgs) dirigé par la defense advanced research projects agency (darpa) des états-unis, qui vise à développer des technologies de semi-conducteurs avancées de nouvelle génération pour les applications de défense et commerciales et à améliorer les performances et l'efficacité. limites des semi-conducteurs.

bien que les plaquettes de diamant de grande taille préparées puissent être utilisées dans les dissipateurs thermiques et les domaines optiques, leur application commerciale dans le domaine des semi-conducteurs de qualité électronique présente de nombreuses difficultés. par exemple, les problèmes techniques de synthèse, de pelage, de meulage et de polissage du diamant monocristallin de grande taille doivent encore être résolus.

à cette fin, element six a établi des partenariats stratégiques avec plusieurs acteurs clés de l'industrie des semi-conducteurs, notamment le français hiqute diamond, le japonais orbray, raytheon et les universités américaines de stanford et de princeton. ces collaborations, qui intègrent une expertise en ingénierie des dislocations cristallines, en technologie du nitrure de gallium radiofréquence et en traitement de surface et de volume des matériaux, sont essentielles pour faire progresser le développement de la technologie des semi-conducteurs à bande interdite ultra-large.

il est rapporté qu'element six est une filiale de la société diamantaire de beers, dont le siège est à londres, en angleterre, et qui est un leader dans la synthèse de diamant monocristallin et de diamant polycristallin. elle possède une vaste expérience dans la technologie de dépôt chimique en phase vapeur (cvd). .

la contribution d'element six au programme uwbgs tirera parti de l'expertise de l'entreprise en matière de diamant polycristallin cvd de grande surface et de synthèse de diamant monocristallin (sc) de haute qualité pour permettre la création de substrats de diamant sc de qualité appareil de 4 pouces.

les substrats diamant sc sont essentiels à la réalisation de produits électroniques avancés, notamment des commutateurs radiofréquence haute puissance, des amplificateurs de radar et de communication, des commutateurs de puissance haute tension, des composants électroniques haute température pour environnements extrêmes, des led et lasers uv profonds, prenant en charge plusieurs milliards de dollars. marché du système dollar.

element six est capable de produire des plaquettes de diamant monocristallin de haute qualité avec une structure cristalline hautement ordonnée. actuellement, des substrats de diamant sc ont été utilisés dans le système de surveillance du grand collisionneur de hadrons du cern et ont contribué à la découverte de la particule du boson de higgs. element six collabore avec abb, leader des semi-conducteurs de haute puissance, pour réaliser la première diode schottky en diamant en vrac haute tension. de plus, element six a récemment achevé la construction et la mise en service d'une installation cvd avancée à portland, dans l'oregon, qui exploite sa technologie de base et est alimentée par des énergies renouvelables.

en termes de diamant polycristallin, les plaquettes de diamant polycristallin d'element six ont un diamètre de plus de 4 pouces et sont largement utilisées dans les fenêtres optiques dans les applications de lithographie euv et de gestion thermique dans les dispositifs semi-conducteurs si et gan à haute densité de puissance.

de plus, en termes de dispositifs haute tension, element six a coopéré avec la société suisse abb pour réaliser la première diode schottky diamant haute tension en vrac, démontrant le potentiel des semi-conducteurs à base de diamant pour changer le domaine de l'électronique de puissance.

dans le même temps, element six étend ses principales capacités en matière de technologie du diamant avec ses partenaires. grâce à des licences croisées de propriété intellectuelle et d'équipement avec orbray japon. orbray a mis au point une technologie permettant de créer des substrats de diamant monocristallin d'un diamètre de 55 millimètres (environ 2 pouces), ce qui est plus grand que les substrats traditionnels. cela combinera la technologie cvd (dépôt chimique en phase vapeur) d’element six, qui peut déposer des diamants jusqu’à 150 millimètres (environ 6 pouces) de diamètre, avec l’expertise d’orbray. son objectif est d'établir une technologie de fabrication de substrats de diamant monocristallin de grand diamètre pour les semi-conducteurs de puissance et de communication de nouvelle génération avec d'excellentes propriétés de tenue en tension et de dissipation thermique, d'élargir l'échelle de production de plaquettes de diamant monocristallin et d'occuper une plus grande part. sur le marché des semi-conducteurs à bande interdite ultra large.

en outre, element six a récemment achevé la construction et la mise en service d'une installation cvd avancée à portland, dans l'oregon, alimentée par des énergies renouvelables et capable de produire en masse des substrats de diamant monocristallin de haute qualité.

il convient de souligner que le diamant est divisé en deux types : monocristallin et polycristallin. le diamant polycristallin est généralement utilisé dans les dissipateurs thermiques, les fenêtres infrarouges et micro-ondes, les revêtements résistants à l'usure, etc. cependant, il ne peut pas réellement exercer les excellentes propriétés électriques du diamant. cela est dû à l'existence de joints de grains à l'intérieur, qui provoqueront un support. mobilité et charge l'efficacité de la collecte est considérablement réduite, ce qui inhibe gravement les performances des appareils électroniques préparés par celui-ci ; le diamant monocristallin n'a pas de tels problèmes et est généralement utilisé dans des domaines clés tels que les détecteurs et les appareils électriques.

depuis de nombreuses années, les diamants synthétiques fabriqués à l’aide de la technologie haute pression et haute température (hpht) sont largement utilisés dans les applications de meulage, tirant parti de la dureté extrêmement élevée et de l’extrême résistance à l’usure du diamant. au cours des 20 dernières années, de nouvelles méthodes de formation de diamant basées sur le dépôt chimique en phase vapeur (cvd) ont été commercialisées, permettant la production de diamants monocristallins et polycristallins à moindre coût. ces nouvelles méthodes de synthèse permettent d'exploiter pleinement les propriétés optiques, thermiques, électrochimiques, chimiques et électroniques du diamant.

diamant de mise en page huawei

en novembre 2023, huawei et l'institut de technologie de harbin ont déposé conjointement une demande de brevet « une méthode de liaison hybride pour les puces intégrées tridimensionnelles à base de silicium et de diamant ». ce brevet implique une méthode de liaison hybride pour les puces intégrées tridimensionnelles à base de silicium et de diamant. diamant.

plus précisément, il utilise la technologie de liaison hybride cu/sio2 pour intégrer de manière tridimensionnelle des matériaux de substrat à base de silicium et de diamant. huawei espère exploiter pleinement les différents avantages des semi-conducteurs à base de silicium et des diamants grâce à la combinaison des deux.

mentionné dans le livre des brevets : « à mesure que la densité d'intégration continue d'augmenter et que la taille des caractéristiques continue de diminuer, la gestion thermique des puces électroniques est confrontée à de grands défis. l'accumulation de chaleur à l'intérieur de la puce est difficile à transférer au dissipateur thermique de surface du boîtier. , provoquant une augmentation soudaine de la température de jonction interne, menaçant sérieusement les performances, la stabilité et la durée de vie de la puce. « ce brevet profite de la dissipation thermique élevée du diamant et souhaite fournir des canaux de dissipation thermique pour le silicium intégré tridimensionnel. -appareils basés sur pour améliorer la fiabilité de l'appareil.

en mars de cette année, l'équipe du professeur yu daquan de l'université de xiamen a collaboré avec l'équipe huawei pour développer une technologie de liaison diamant à basse température basée sur une couche nanométallique réactive, intégrant avec succès un substrat en diamant polycristallin au dos d'une plaque adaptatrice en verre 2,5d. puce d'emballage, et la puce de test thermique (ttv) est utilisée pour étudier ses caractéristiques de dissipation thermique.

fonderie de diamants,

cultiver la première plaquette de diamant monocristallin au monde

diamond foundry, une société fondée par des ingénieurs du mit, de l'université de stanford et de l'université de princeton, a également réalisé des progrès dans le domaine des copeaux de diamant.

il est entendu que la société espère utiliser des plaquettes de diamant monocristallin pour résoudre les défis thermiques qui limitent l'intelligence artificielle, les puces de cloud computing, l'électronique de puissance des véhicules électriques et les puces de communication sans fil.

en octobre 2023, diamond foundry a cultivé la première plaquette de diamant monocristallin au monde. selon des données spécifiques, cette plaquette de diamant a un diamètre de 100 mm et un poids de 100 carats. diamond foundry peut désormais faire pousser des tranches de diamant de 4 pouces de long et de large et de moins de 3 mm d'épaisseur dans un réacteur. ces tranches peuvent être utilisées avec des puces de silicium pour conduire et libérer rapidement la chaleur générée par les puces.

diamond foundry a développé une technologie qui implante des diamants dans chaque puce. liant directement le diamant de manière atomique, les puces semi-conductrices sont liées aux substrats de plaquettes de diamant pour éliminer les goulots d'étranglement thermiques qui limitent leurs performances.

comparaison des conditions thermiques

(source : fonderie de diamants)

l’avantage de cette solution est qu’elle permet à la puce de fonctionner au moins deux fois par rapport à sa vitesse nominale. les ingénieurs de diamond foundry affirment que l'utilisation de cette méthode sur l'une des puces ia les plus puissantes de nvidia peut même tripler sa vitesse nominale dans des conditions expérimentales.

diamond foundry a révélé plus tôt qu'elle espérait introduire des plaquettes de diamant uniques après 2023 et placer un diamant derrière chaque puce ; on s'attend à ce que les diamants soient introduits dans les semi-conducteurs vers 2033.

advent diamond : technologie diamant dopé au phosphore

aux états-unis, advent diamond est également une start-up engagée dans la production de masse de matériaux semi-conducteurs en diamant. en avril de cette année, advent diamond a révélé des progrès dans ce domaine.

l'une des principales innovations d'advent diamond est la capacité de cultiver du diamant monocristallin dopé au phosphore sur des substrats préférés, et c'est la seule entreprise aux états-unis à disposer de cette capacité. le dopage au phosphore est particulièrement important car il crée des semi-conducteurs de type n dans le diamant, élément clé dans le développement d'appareils électroniques. en outre, advent diamond a franchi une étape importante dans la croissance de couches de diamant dopé au bore sur de grandes surfaces, élargissant ainsi les applications potentielles de l'électronique à base de diamant.

l'expertise d'advent diamond s'étend au-delà de la croissance des matériaux pour inclure des capacités complètes de conception, de fabrication et de caractérisation de composants. cela comprend des processus avancés en salle blanche tels que la gravure, la photolithographie et la métallisation, ainsi qu'une suite complète de techniques de caractérisation telles que la microscopie, l'ellipsométrie et les mesures électriques. advent diamond a déclaré avoir utilisé cette technologie de croissance de pointe pour développer une couche de diamant intrinsèque avec une concentration d'impuretés extrêmement faible, garantissant les normes de qualité et de performance les plus élevées des matériaux diamantés de qualité semi-conducteur.

il est entendu qu'advent diamond possède actuellement des plaquettes de diamant incrustées de 1 à 2 pouces et travaille dur pour étendre la taille des plaquettes à 4 pouces. cependant, la densité des défauts reste un problème critique, la plupart des tranches présentant environ 108 défauts/cm² ou plus, qui doivent être réduites à 103 défauts/cm² pour atteindre les performances attendues.

entreprise française diamfab :

réaliser des plaquettes de diamant de 4 pouces en 2025

en outre, diamfab, une start-up de diamants semi-conducteurs située en france, travaille également en permanence sur la technologie des puces en diamant.

diamfab est une spin-off de l'institut néel, laboratoire du centre national de la recherche scientifique (cnrs), et est le résultat de 30 années de recherche et développement sur la croissance des diamants synthétiques. le projet diamfab a été initialement incubé à la satt linksium dans les alpes grenobloises, société fondée en mars 2019 par gauthier chicot et khaled driche, deux docteurs en nanoélectronique et chercheurs reconnus dans le domaine des diamants semi-conducteurs.

diamfab a indiqué qu'afin de répondre aux besoins des marchés des semi-conducteurs et des composants de puissance dans les secteurs de l'automobile, des énergies renouvelables et du quantique, la société a développé des technologies de rupture dans le domaine de l'épitaxie et du dopage du diamant synthétique et détient quatre brevets. dans de fines couches de diamant, la croissance et le dopage, et la conception de composants électroniques en diamant.

en mars de cette année, la société a annoncé avoir reçu un premier financement de 8,7 millions d'euros. ce tour de table permettra à diamfab d'établir une ligne de production pilote, de pré-industrialiser sa technologie et d'accélérer son développement pour répondre à la demande croissante de semi-conducteurs en diamant.

diamfab a déposé une demande de brevet pour des condensateurs tout diamant et travaille avec des entreprises leaders dans le domaine. gauthier chicot, pdg de diamfab, a déclaré : « entre autres paramètres, nous avons atteint nos objectifs : plus de 1000a/cm²densité de courant élevée et champ électrique de claquage supérieur à 7,7 mv/cm. ce sont des paramètres clés pour les performances des futurs appareils et sont déjà supérieurs à ceux fournis par les matériaux existants tels que le sic pour les appareils électroniques de puissance. de plus, nous disposons d’une feuille de route claire pour permettre l’utilisation de tranches de 4 pouces d’ici 2025, élément clé de la production de masse. "

le japon développe pleinement son industrie des copeaux de diamant

à en juger par les résultats de recherche annoncés, l’exploration industrielle japonaise des copeaux de diamant est plus complète.

à partir de 2022, le japon a produit des plaquettes de diamant d'une pureté pouvant être utilisées dans des projets d'informatique quantique ; début 2023, un professeur de l'université japonaise de saga et le fabricant japonais de pièces de précision orbray ont collaboré pour développer un semi-conducteur de puissance en diamant. peut fonctionner à 1 cm² 875 mégawatts d'électricité. parmi les semi-conducteurs en diamant, la valeur de puissance de sortie est la plus élevée au monde ; en août de la même année, l'équipe de recherche de l'université de chiba au japon a proposé une nouvelle technologie laser capable de se déplacer le long du cristal optimal. des diamants taillés en avion sans effort.

méthode de découpe de l'équipe de recherche de l'université de chiba

un processus de découpe au laser qui coupe les diamants proprement sans les endommager. les chercheurs affirment que la nouvelle technologie empêche la propagation de fissures indésirables lors de la découpe laser en concentrant de courtes impulsions laser sur un volume étroit et effilé à l'intérieur du matériau.

l'université de chiba a déclaré que la technologie nouvellement proposée pourrait constituer une étape clé dans la transformation des diamants en "matériaux semi-conducteurs adaptés à des technologies plus efficaces à l'avenir". le professeur hidai a déclaré que la découpe des diamants au laser « permet la production de tranches de haute qualité à faible coût » et est essentielle pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs en diamant.

société américaine akhan

akhan se spécialise dans la fabrication en laboratoire de matériaux diamantés synthétiques de qualité électronique dès août 2021, akhan a annoncé le développement de la première plaquette de 300 mm combinant du silicium cmos avec un substrat en diamant, franchissant ainsi une étape importante.

vers 2013, akhan a obtenu une licence exclusive d'application de semi-conducteurs en diamant pour la technologie révolutionnaire de dépôt de diamant à basse température développée par le laboratoire national argonne du département américain de l'énergie. cette technologie permet de déposer des nanodiamants sur divers matériaux de substrat de tranche à des températures aussi basses que 400 degrés celsius. la combinaison de la technologie du diamant à basse température d'argonne et du procédé miraj diamond d'akhan brise la barrière dans l'industrie des semi-conducteurs qui limitait l'utilisation de films de diamant au dopage de type p.

par la suite, akhan a annoncé sa plateforme miraj diamond, qui a développé un nouveau procédé breveté dans lequel des matériaux diamantés de type n sont créés sur du silicium avec des propriétés jusqu'alors non prouvées.

comme mentionné dans l'article précédent du semiconductor industry observer "diamond chips, bientôt disponible pour un usage commercial", adam khan, fondateur et pdg d'akhan, a créé une nouvelle société, diamond quanta, en janvier de cette année pour se concentrer sur le domaine des semi-conducteurs avec le dans le but d’utiliser les excellentes propriétés du diamant. fournir des solutions avancées pour l’électronique de puissance et les dispositifs photoniques quantiques.

en mai de cette année, diamond quanta a annoncé que son « cadre unifié pour le diamant » était propice à un véritable dopage de remplacement. cette technologie innovante intègre de manière transparente de nouveaux éléments dans la structure du diamant, lui conférant de nouvelles propriétés sans endommager l'intégrité cristalline.

en conséquence, le diamant a été transformé en un semi-conducteur haute performance capable de supporter des porteurs de charge négatifs (type n) et positifs (type p). ce niveau de mobilité indique que le réseau de diamant est très propre et ordonné, et que les centres de diffusion sont effectivement passivés grâce à la mise en œuvre réussie d'une stratégie de co-dopage qui atténue les effets des défauts de transport des porteurs. de plus, le processus de dopage affine la structure diamantée existante en corrigeant les dislocations, augmentant ainsi la conductivité du matériau. ces avancées non seulement préservent mais améliorent également la structure du diamant, évitant ainsi les pièges courants tels qu'une distorsion importante du réseau ou l'introduction d'états pièges qui réduisent généralement la mobilité.

"lancer diamond quanta et développer ce procédé de dopage avancé était nécessaire. des industries telles que l'électronique, l'automobile, l'aérospatiale, l'énergie, etc. recherchaient une technologie de semi-conducteurs capable de répondre aux demandes croissantes provoquées par les exigences en constante évolution de leurs pression de l'expansion technologique", a déclaré adam khan. « notre technologie est plus qu'un simple matériau alternatif pour les industries cherchant à améliorer l'efficacité des semi-conducteurs ; nous introduisons un tout nouveau matériau qui redéfinira les normes de performance, de durabilité et d'efficacité et qui supportera de manière transparente les charges de travail de plus en plus lourdes de l'ère moderne. un rôle essentiel dans la fourniture d’énergie à la charge.

équipe coréenne : réduire les coûts des films diamantés

en avril de cette année, l'équipe de science des matériaux de l'institut coréen des sciences fondamentales a publié un article dans le magazine nature, annonçant la synthèse réussie du diamant à une pression atmosphérique standard et à 1 025 °c. cette méthode de préparation devrait créer une méthode rentable. pour la production de films diamantés.

rodney ruoff, le chef de l'équipe de recherche, a déclaré avoir remarqué il y a quelques années que la synthèse du diamant ne nécessite pas nécessairement des conditions extrêmes. l'exposition du gallium métallique liquide au méthane peut générer du graphite, un allotrope du diamant. cela a inspiré ruoff à étudier le gallium. -contenant de l'or liquide. recherche sur la voie de la « décarburation » des gaz contenant du carbone pour produire du diamant. par coïncidence, l'équipe de ruoff a découvert que lorsque du silicium élémentaire était introduit dans l'environnement de réaction, de minuscules cristaux de diamant apparaissaient. sur la base de ce phénomène, l'équipe expérimentale a amélioré le dispositif de réaction, exposé le mélange contenant du gallium liquide, du fer, du nickel et du silicium à une atmosphère mixte de méthane et d'hydrogène et l'a chauffé à 1 025 °c. ils y sont parvenus sans utiliser de haute pression. et des graines de cristal sont produites. à l'heure actuelle, l'équipe de ruoff a préparé avec succès des films de micro-diamants composés de milliers de cristaux de diamant.

si cette technologie de synthèse à pression normale peut être étendue avec succès à une plus grande échelle à l'avenir, elle ouvrira la voie à un moyen plus économique et plus simple de préparer des films de diamant, ce qui devrait donner un puissant coup de pouce au développement des ordinateurs quantiques et de l'énergie. semi-conducteurs.

les entreprises mentionnées ci-dessus ne sont pas les seules à promouvoir l’industrialisation des puces « diamant ». de nombreuses entreprises industrielles investissent également dans ce domaine.

à en juger par diverses tendances, l'industrie accorde de plus en plus d'attention aux semi-conducteurs en diamant et des ressources avantageuses s'accumulent constamment, ce qui accélère également la recherche, le développement et l'industrialisation. cela marque le début de l’ère des plaquettes « diamant ».

dans l’ensemble, les semi-conducteurs en diamant possèdent d’excellentes propriétés supérieures aux autres matériaux semi-conducteurs, telles qu’une conductivité thermique élevée, une large bande interdite, une mobilité élevée des porteurs, une isolation élevée, une transmission optique, une stabilité chimique et une résistance aux radiations. à l'heure actuelle, l'industrie s'oriente davantage vers le diamant et entre progressivement dans une période de transformation axée sur le développement multifonctionnel du diamant.

à l'avenir, avec le développement progressif d'une technologie de dépôt de diamant de grande taille, de haute qualité, à grande échelle et très flexible, on s'attend à ce que le développement de circuits intégrés à grande échelle et de circuits intégrés à grande vitesse entre dans une nouvelle ère.

écris à la fin

il y a cinquante ou soixante ans déjà, la communauté scientifique a lancé un engouement pour la recherche sur les semi-conducteurs en diamant, mais à ce jour, les dispositifs constitués de semi-conducteurs en diamant n'ont pas été utilisés à grande échelle. certains ingénieurs ont déploré que le diamant soit toujours à la limite de l'utilisation pratique des semi-conducteurs.

il est vrai que le diamant présente des avantages significatifs dans le domaine des semi-conducteurs, mais pour parvenir à une production et à une application à grande échelle de copeaux de diamant, il reste confronté à de nombreux défis et limites, tels qu'un coût élevé, un traitement difficile, une technologie immature telle que le dopage et des limites limitées. question du champ d'application.

bien que ce matériau ait encore un long chemin à parcourir, il a montré sa vitalité et son potentiel d’application dans la chaîne des semi-conducteurs. nous pensons que grâce aux efforts conjoints de toutes les parties, les matériaux diamantés dotés de diverses excellentes propriétés seront développés davantage à l'avenir, aidant ainsi le domaine des matériaux semi-conducteurs à franchir une étape cruciale.

bien entendu, le rôle ultime des nouveaux matériaux n’est pas de battre à mort les matériaux traditionnels que représente le silicium sur la plage, mais de servir de complément et de jouer pleinement leur rôle dans les domaines dans lesquels ils excellent.