소식

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

오늘날 반도체 산업은 실리콘이 지배하는 중요한 전환기에 있습니다. 3세대 반도체는 높은 전력 밀도, 높은 주파수, 높은 온도 및 기타 조건과 같은 병목 현상에 직면해 있습니다. gan, sic를 주축으로 신소재 개발은 전력소자가 고출력, 소형화, 집적화, 다기능화 방향으로 지속적으로 발전하는 것을 의미하지만, 방열, 에너지 효율성 등 주요 특징은 여전히 ​​업계의 과제입니다. 변함없는 추격.

최고의 성능과 효율성을 추구하는 시대, 다이아몬드가 이끄는 칩 혁명이 조용히 떠오르고 있습니다.

다이아몬드는 연마되지 않은 원석을 말합니다. 그렇다면 모두의 시선을 사로잡은 반도체 신소재, '다이아몬드' 칩의 매력은 무엇일까? 무한한 가능성 뒤에는 진보와 도전이 공존합니다.

'다이아몬드' 칩의 매력은 무엇인가요?

"자연에서 가장 단단한 물질"로 알려진 다이아몬드는 놀랍도록 단단할 뿐만 아니라 우수한 열 전도성, 극도로 높은 전자 이동성, 고압 저항, 높은 무선 주파수 저항, 저비용, 고온과 같은 여러 가지 우수한 성능 매개변수를 가지고 있습니다. 저항 및 기타 우수한 물리적 특성.

구체적으로 다이아몬드 반도체는 초광폭 밴드갭(5.45ev), 높은 항복 전계 강도(10mv/cm), 높은 캐리어 포화 표류 속도, 높은 열전도도(2000w/m·k), 우수한 소자 품질 계수 등의 재료 특성을 갖습니다. (johnson, keyes, baliga)에 따르면, 다이아몬드 기판을 사용하면 고온, 고주파, 고전력, 내방사선 전자 장치를 개발할 수 있으며, "자기 발열 효과" 및 "눈사태 항복"과 같은 기술적 병목 현상을 극복할 수 있습니다. 장치.

또한, 다이아몬드는 광학 분야에서 우수한 투과율, 굴절률 등 우수한 물리적 특성을 갖고 있으며, 전기적으로 광전자소자의 연구개발에 적합하고, 절연성 및 유전율이 높아 복잡한 회로에서 안정적인 역할을 할 수 있습니다. 기계적 특성 반면에 높은 강도와 ​​내마모성은 칩이 극한의 작업 조건을 견딜 수 있도록 보장합니다.

이러한 특성으로 인해 다이아몬드는 칩 제조 분야에서 큰 잠재력을 발휘하며, 고출력 밀도 및 고주파 전자 장치의 방열에 자주 사용됩니다. 이는 5g/6g 통신, 마이크로파/밀리미터파 집적 회로, 감지 및 감지 및 기타 분야의 개발에서 중요한 역할을 합니다. 다이아몬드 반도체는 유망한 반도체 신소재로 꼽히며 업계에서는 '궁극의 반도체 소재'로 칭송받고 있다.

다이아몬드 전자 장치를 사용하면 기존 반도체의 열 관리 요구 사항이 완화될 뿐만 아니라 이러한 장치는 에너지 효율적이며 더 높은 항복 전압과 열악한 환경을 견딜 수 있습니다.

예를 들어, 전기 자동차에서 다이아몬드 기반 전력 전자 장치는 통신 분야, 특히 5g 이상 네트워크, 고주파수 및 고주파수 통신 분야에서 보다 효율적인 전력 변환을 달성하고, 배터리 수명을 연장하며, 충전 시간을 단축할 수 있습니다. 고전력 장치에 대한 수요는 나날이 증가하고 있습니다. 단결정 다이아몬드 기판은 가전제품의 rf 스위치, 증폭기 및 송신기를 포함한 차세대 통신 시스템을 지원하는 데 필요한 열 관리 및 주파수 성능을 제공하며, 단결정 다이아몬드 기판은 더 작고 빠르며 효율적인 스마트폰, 노트북 및 웨어러블을 구동할 수 있습니다. 이를 통해 새로운 제품 혁신을 가져오고 가전제품 시장의 전반적인 성과를 향상시킵니다.

시장조사기관 버추마켓(virtuemarket) 자료에 따르면, 글로벌 다이아몬드 반도체 기판 시장은 2023년 1억5100만달러 규모로 성장하고, 2030년 말에는 시장 규모가 3억4200만달러에 이를 것으로 예상된다. 2024~2030년의 복합 연간 성장률은 12.3%로 예측됩니다. 그 중 중국, 일본, 한국 등의 전자 및 반도체 산업 수요 증가에 힘입어 아시아태평양 지역이 다이아몬드 반도체 기판 시장을 장악해 40% 이상을 차지할 것으로 예상된다. 2023년까지 글로벌 수익 점유율

다이아몬드는 특유의 장점과 폭넓은 전망을 바탕으로 반도체 산업 체인의 여러 링크에서 큰 잠재력과 가치를 보여주었습니다. 방열판, 패키징, 마이크로 나노 처리, bdd 전극 및 양자 기술 응용에 이르기까지 다이아몬드는 점차 반도체 산업의 다양한 핵심 영역에 침투하여 기술 혁신과 산업 업그레이드를 촉진하고 있습니다.

방열판 및 열 방출:다이아몬드는 우수한 열 전도성과 절연 특성으로 인해 고출력 방열을 위한 첫 번째 선택이 되었습니다. 다이아몬드 단결정 방열판의 열 전도성은 구리와 은의 5배입니다. 반도체 레이저에서 다이아몬드 방열판은 열 방출을 크게 향상시키고 열 저항을 줄이며 출력 전력을 향상시키고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.

이러한 특성으로 인해 다이아몬드는 신에너지 차량, 산업 제어 및 기타 분야의 고전력 igbt 모듈에 폭넓게 응용할 수 있어 보다 효율적인 열 방출과 더 높은 전력 밀도를 달성하는 데 도움이 됩니다.

현재 고출력 반도체 레이저에 일반적으로 사용되는 방열 재료는 질화 알루미늄 방열판이며, 이는 전이 방열판으로 구리 방열판에 소결됩니다. 그러나 열전도율이 1000~2000w/m·k 사이여야 하는 경우 다이아몬드는 현재 첫 번째 선택이거나 심지어 유일한 선택적 방열판 재료입니다. 방열판 재료로 사용되는 다이아몬드에는 다이아몬드 필름과 다이아몬드와 구리, 알루미늄 및 기타 금속의 복합재라는 두 가지 주요 형태가 있습니다.

반도체 패키징 기판:기판은 베어 칩 패키징에서 열 전도의 핵심 링크입니다. al2o3 세라믹은 현재 가장 많이 생산되고 널리 사용되는 세라믹 기판이지만 열팽창 계수(7.2×10)로 인해^-6/℃) 및 유전상수(9.7)는 si 단결정에 비해 상대적으로 높으며, 열전도율(15-35w/(m·k))은 여전히 ​​충분히 높지 않아 al2o3 세라믹 기판은 고내열화에 적합하지 않습니다. 주파수 및 대규모 애플리케이션에 사용됩니다. 전력 및 vlsi 회로.

따라서 마이크로 전자 공학 기술의 발전으로 고밀도 조립 및 소형화 특성이 점점 더 분명해지고 부품의 열 흐름 밀도가 점점 더 커지고 새로운 기판 재료에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 열전도도가 높고 성능도 향상된 기판 소재의 개발이 일반적인 추세가 되었습니다. 이후 고열 전도성 세라믹 기판 재료인 aln, si3n4, sic, 다이아몬드 등이 점차 시장에 진출했습니다.

그 중 다이아몬드는 높은 열 전도성, 낮은 열팽창 계수 및 우수한 안정성으로 인해 점차 차세대 패키징 기판 재료의 초점이 되었습니다. ag, cu 및 al과 같은 열 전도성이 높은 금속 매트릭스와 다이아몬드 입자를 혼합함으로써 제조된 다이아몬드/금속 매트릭스 복합 재료는 초기에 전자 패키징 분야에서 큰 잠재력을 보여주었습니다.

단일 다이아몬드를 포장재로 만드는 것은 어렵고 비용도 높지만 열전도율이 다른 세라믹 기판 재료보다 수십 배, 심지어 수백 배 더 우수하여 많은 주요 제조업체가 연구에 투자하게 되었습니다. 특히 컴퓨팅 파워에 대한 수요가 급증함에 따라 다이아몬드 패키징 기판은 고성능 칩의 방열 문제에 혁신적인 솔루션을 제공하여 ai, 데이터 센터 등 산업의 급속한 발전을 돕습니다.

마이크로나노 처리:탄화규소, 질화갈륨 등 3세대 반도체 소재는 가공이 어렵다. 다이아몬드 분말과 그 제품은 초경질 특성으로 인해 강력한 가공 도구가 됐다.

예를 들어, 다이아몬드 도구는 탄화규소 결정의 절단, 연삭 및 연마에서 중요한 역할을 합니다. 또한, 5g, 사물 인터넷 및 기타 기술의 대중화로 인해 가전 산업에서는 정밀 가공에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 다이아몬드 절삭 공구 및 마이크로 분말 제품은 금속, 세라믹 및 취성에 대한 고품질 정밀 표면 처리 솔루션을 제공합니다. 재료, 업계의 기술 진보와 산업 업그레이드를 촉진합니다.

또한 다이아몬드는 광학창, bdd 전극, 양자기술 등 여러 분야에서 장점을 갖고 있어 미래 반도체 소재의 강력한 경쟁자로 꼽힌다.

"다이아몬드" 칩 산업화는 계속 진행되고 있습니다

현재 세계는 반도체 분야에서 다이아몬드 연구개발에 박차를 가하고 있다.

element six가 uwbgs 프로젝트 우승

최근 element six는 미국에서 단결정(sc) 다이아몬드 기판을 사용한 초광대역 고출력 반도체 개발이라는 핵심 프로젝트를 주도하고 있습니다. 이번 프로젝트는 국방고등연구계획국(darpa)이 주도하는 uwbgs(ultra-wide bandgap semiconductor) 프로그램의 일환으로 국방 및 상업용 애플리케이션을 위한 차세대 첨단 반도체 기술을 개발하고 성능과 효율성을 돌파하는 것을 목표로 하고 있다. 반도체의 한계

제조된 대형 다이아몬드 웨이퍼는 방열판 및 광학 분야에 활용이 가능하지만, 전자급 반도체 분야에 상업적으로 적용하기에는 많은 어려움이 따른다. 예를 들어, 대형 단결정 다이아몬드의 합성, 박리, 연삭 및 연마와 같은 기술적 문제는 여전히 더 해결되어야 합니다.

이를 위해 element six는 프랑스의 hiqute diamond, 일본의 orbray, raytheon, 미국의 stanford 및 princeton 대학을 포함하여 반도체 산업의 여러 주요 업체와 전략적 파트너십을 구축했습니다. 결정 전위 엔지니어링, 무선 주파수 갈륨 질화물 기술, 재료 표면 및 부피 처리 분야의 전문 지식을 통합하는 이러한 협력은 초광대역 밴드갭 반도체 기술 개발을 발전시키는 데 중요합니다.

엘리먼트식스는 영국 런던에 본사를 둔 다이아몬드 회사 드비어스(de beers)의 자회사로 단결정 다이아몬드와 다결정 다이아몬드 합성 분야의 선두주자로 화학기상증착(cvd) 기술에 대한 풍부한 경험을 갖고 있는 것으로 알려졌다. .

uwbgs 프로그램에 대한 element six의 기여는 대면적 cvd 다결정 다이아몬드 및 고품질 단결정(sc) 다이아몬드 합성에 대한 회사의 전문 지식을 활용하여 4인치 장치 등급 sc 다이아몬드 기판을 가능하게 할 것입니다.

sc 다이아몬드 기판은 고출력 무선 주파수 스위치, 레이더 및 통신 증폭기, 고전압 전원 스위치, 극한 환경을 위한 고온 전자 장치, 원자외선 led 및 레이저를 포함하여 수십억 달러를 지원하는 고급 전자 제품을 실현하는 데 핵심입니다. 달러 시스템 시장.

element six는 고도로 정렬된 결정 구조를 가진 고품질 단결정 다이아몬드 웨이퍼를 생산할 수 있습니다. 현재 sc 다이아몬드 기판은 cern 대형 강입자 충돌기의 모니터링 시스템에 사용되어 힉스 보존 입자를 발견하는 데 도움이 되었습니다. element six는 고전력 반도체 선두업체인 abb와 협력하여 최초의 고전압 벌크 다이아몬드 쇼트키 다이오드를 실현했습니다. 또한 element six는 최근 오리건주 포틀랜드에 핵심 기술을 활용하고 재생 에너지로 구동되는 첨단 cvd 시설의 건설 및 시운전을 완료했습니다.

다결정 다이아몬드의 경우 element six의 다결정 다이아몬드 웨이퍼는 직경이 4인치가 넘으며 고출력 밀도 si 및 gan 반도체 장치의 euv 리소그래피 및 열 관리 응용 분야의 광학 창에 널리 사용됩니다.

또한 고전압 장치 측면에서 element six는 스위스 회사 abb와 협력하여 최초의 고전압 벌크 다이아몬드 쇼트키 다이오드를 구현하여 전력 전자 분야를 변화시키는 다이아몬드 기반 반도체의 잠재력을 입증했습니다.

동시에 element six는 파트너와 함께 다이아몬드 기술 분야의 핵심 역량을 확장하고 있습니다. orbray japan과 지적재산권 및 장비의 교차 라이센스를 통해. orbray는 기존 기판보다 더 큰 직경 55mm(약 2인치)의 단결정 다이아몬드 기판을 만드는 기술을 확립했습니다. 이는 직경 최대 150밀리미터(약 6인치)까지 다이아몬드를 증착할 수 있는 엘리먼트 식스의 cvd(화학적 기상 증착) 기술과 오르브레이의 전문 기술을 결합하게 된다. 내전압 및 방열 특성이 우수한 차세대 전력반도체, 통신반도체용 대구경 단결정 다이아몬드 기판 제조기술을 확립하고, 단결정 다이아몬드 웨이퍼 생산 규모를 확대해 점유율 확대를 목표로 하고 있다. 초광대역 밴드갭 반도체 시장에서

또한 element six는 최근 오레곤주 포틀랜드에 재생 에너지로 구동되고 고품질 단결정 다이아몬드 기판을 대량 생산할 수 있는 첨단 cvd 시설의 건설 및 시운전을 완료했습니다.

다이아몬드는 단결정과 다결정의 두 가지 유형으로 구분된다는 점을 강조해야 합니다. 다결정 다이아몬드는 일반적으로 방열판, 적외선 및 마이크로파 창, 내마모성 코팅 등에 사용됩니다. 그러나 이는 다이아몬드 내부에 입자 경계가 존재하여 캐리어를 발생시키기 때문에 실제로 우수한 전기적 특성을 발휘할 수 없습니다. 이동도 및 전하 수집 효율이 크게 감소하여 이를 통해 제조된 전자 장치의 성능을 심각하게 저해합니다. 단결정 다이아몬드는 이러한 문제가 없으며 일반적으로 감지기 및 전력 장치와 같은 핵심 분야에 사용됩니다.

수년 동안 고압 및 고온 기술(hpht)을 사용하여 제조된 합성 다이아몬드는 다이아몬드의 매우 높은 경도와 뛰어난 내마모성을 활용하여 연삭 응용 분야에 널리 사용되었습니다. 지난 20년 동안 화학 기상 증착(cvd)을 기반으로 한 새로운 다이아몬드 형성 방법이 상용화되어 단결정 및 다결정 다이아몬드를 더 낮은 비용으로 생산할 수 있게 되었습니다. 이러한 새로운 합성 방법을 통해 다이아몬드의 광학적, 열적, 전기화학적, 화학적 및 전자적 특성을 완전히 활용할 수 있습니다.

화웨이 레이아웃 다이아몬드

2023년 11월 화웨이와 하얼빈 공과대학은 '실리콘과 다이아몬드 기반 3차원 집적 칩의 하이브리드 접합 방법' 특허를 공동으로 출원했습니다. 다이아몬드. 결합 방법.

구체적으로, cu/sio2 하이브리드 결합 기술을 사용해 실리콘 기반 및 다이아몬드 기판 재료를 3차원적으로 통합합니다. 화웨이는 두 가지의 결합을 통해 실리콘 기반 반도체와 다이아몬드의 다양한 장점을 최대한 활용하기를 희망합니다.

특허 도서에는 "집적 밀도가 계속 증가하고 형상 크기가 계속 축소됨에 따라 전자 칩의 열 관리가 큰 과제에 직면해 있습니다. 칩 내부에 축적된 열은 패키지의 표면 방열판으로 전달하기 어렵습니다. , 내부 접합 온도가 갑자기 상승하여 칩의 성능, 안정성 및 서비스 수명을 심각하게 위협합니다. "이 특허는 다이아몬드의 높은 열 방출을 활용하고 3차원 통합 실리콘에 대한 열 방출 채널을 제공하고자 합니다. 기반 장치의 신뢰성을 향상시킵니다.

올해 3월, 샤먼대학교 yu daquan 교수 팀은 화웨이 팀과 협력하여 반응성 나노금속층을 기반으로 한 다이아몬드 저온 접합 기술을 개발하여 2.5d 유리 어댑터 플레이트 뒷면에 다결정 다이아몬드 기판을 성공적으로 통합했습니다. 패키징 칩, 그리고 열 방출 특성을 연구하기 위해 열 테스트 칩(ttv)이 사용됩니다.

다이아몬드 주조소,

세계 최초 단결정 다이아몬드 웨이퍼 육성

mit, 스탠포드 대학, 프린스턴 대학의 엔지니어들이 설립한 회사인 diamond foundry도 다이아몬드 칩 분야에서 진전을 이루었습니다.

회사는 인공 지능, 클라우드 컴퓨팅 칩, 전기 자동차 전력 전자 장치 및 무선 통신 칩을 제한하는 열 문제를 해결하기 위해 단결정 다이아몬드 웨이퍼를 사용하기를 희망하는 것으로 이해됩니다.

2023년 10월, diamond foundry는 세계 최초의 단결정 다이아몬드 웨이퍼를 생산했습니다. 구체적인 데이터에 따르면 이 다이아몬드 웨이퍼는 직경이 100mm이고 무게는 100캐럿입니다. diamond foundry는 이제 반응기에서 길이와 폭이 4인치, 두께가 3mm 미만인 다이아몬드 웨이퍼를 성장시킬 수 있습니다. 이러한 웨이퍼는 실리콘 칩과 함께 사용되어 칩에서 발생하는 열을 빠르게 전도하고 방출할 수 있습니다.

diamond foundry는 각 칩에 다이아몬드를 이식하는 기술을 개발했습니다. 다이아몬드를 원자적으로 직접 결합하는 반도체 칩은 성능을 제한하는 열 병목 현상을 제거하기 위해 다이아몬드 웨이퍼 기판에 결합됩니다.

열조건 비교

(출처: 다이아몬드 파운드리)

이 솔루션의 장점은 칩이 정격 속도의 두 배 이상을 실행할 수 있다는 것입니다. diamond foundry 엔지니어들은 nvidia의 가장 강력한 ai 칩 중 하나에 이 방법을 사용하면 실험 조건에서 정격 속도를 3배까지 높일 수 있다고 말합니다.

diamond foundry는 앞서 2023년 이후에 단일 다이아몬드 웨이퍼를 도입하고 각 칩 뒤에 다이아몬드를 배치할 계획이라고 밝혔으며, 2033년쯤에는 다이아몬드가 반도체에 도입될 것으로 예상됩니다.

advent diamond: 다이아몬드 인 첨가 기술

미국의 어드벤트 다이아몬드(advent diamond)도 다이아몬드 반도체 소재 대량생산에 전념하는 스타트업이다. 올해 4월 어드벤트 다이아몬드(advent diamond)는 이 분야의 진전을 공개했다.

advent diamond의 핵심 혁신 중 하나는 선호하는 기판에 인이 첨가된 단결정 다이아몬드를 성장시키는 능력이며, 이 능력을 갖춘 미국 내 유일한 회사입니다. 인 도핑은 전자 장치 개발의 핵심 요소인 다이아몬드에 n형 반도체를 생성하기 때문에 특히 중요합니다. 또한 advent diamond는 넓은 영역에 걸쳐 붕소 도핑된 다이아몬드 층을 성장시켜 다이아몬드 기반 전자 장치의 잠재적인 적용 범위를 확대하는 획기적인 성과를 거두었습니다.

advent diamond의 전문 지식은 재료 성장을 넘어 포괄적인 구성 요소 설계, 제조 및 특성화 기능을 포함합니다. 여기에는 에칭, 포토리소그래피, 금속화 등의 고급 클린룸 프로세스뿐만 아니라 현미경, 엘립소메트리, 전기 측정 등의 포괄적인 특성화 기술 제품군이 포함됩니다. advent diamond는 이 최첨단 성장 기술을 사용하여 불순물 농도가 매우 낮은 고유 다이아몬드 층을 개발하여 반도체 등급 다이아몬드 재료의 최고 품질과 성능 표준을 보장한다고 밝혔습니다.

어드벤트 다이아몬드는 현재 1~2인치 인레이드 다이아몬드 웨이퍼를 보유하고 있으며 웨이퍼 사이즈를 4인치로 확대하기 위해 열심히 노력 중인 것으로 알려졌다. 그러나 결함 밀도는 여전히 중요한 문제로 남아 있습니다. 대부분의 웨이퍼는 약 108개/cm² 이상의 결함을 가지며, 예상 성능을 달성하려면 이를 103개/cm²로 줄여야 합니다.

프랑스 회사 diamfab:

2025년 4인치 다이아몬드 웨이퍼 달성

또한, 프랑스에 위치한 반도체 다이아몬드 스타트업 기업인 diamfab도 다이아몬드 칩 기술에 지속적으로 노력하고 있습니다.

diamfab은 프랑스 국립과학연구센터(cnrs) 산하 연구소인 institut néel의 분사로, 합성 다이아몬드 성장에 대한 30년간의 연구 개발의 결과입니다. diamfab 프로젝트는 처음에 그르노블 알프스의 satt linksium에서 인큐베이션되었습니다. satt linksium은 나노 전자 공학 분야의 두 박사이자 반도체 다이아몬드 분야의 인정받는 연구자인 gauthier chicot와 khaled driche가 2019년 3월에 설립한 회사입니다.

diamfab은 자동차, 재생 에너지 및 양자 산업의 반도체 및 전력 부품 시장의 요구를 충족하기 위해 합성 다이아몬드의 에피택시 및 도핑 분야에서 획기적인 기술을 개발했으며 4개의 전문 지식을 보유하고 있다고 밝혔습니다. 얇은 다이아몬드 층의 성장과 도핑, 그리고 다이아몬드 전자 부품의 설계.

올해 3월 회사는 870만 유로의 1차 자금 조달을 받았다고 발표했습니다. 이번 자금 조달을 통해 diamfab은 파일럿 생산 라인을 구축하고 기술을 사전 산업화하며 다이아몬드 반도체에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위한 개발을 가속화할 수 있습니다.

diamfab은 전체 다이아몬드 커패시터에 대한 특허를 신청했으며 해당 분야의 선두 기업과 협력하고 있습니다. diamfab ceo gauthier chicot는 다음과 같이 말했습니다. “다른 매개변수 중에서 우리는 1000a/cm2 이상의 목표를 달성했습니다.²7.7mv/cm 이상의 높은 전류 밀도 및 항복 전기장. 이는 미래 장치 성능을 위한 핵심 매개변수이며 이미 전력 전자 장치용 sic와 같은 기존 재료가 제공하는 것보다 우수합니다. 또한 우리는 대량 생산을 위한 핵심 요소로서 2025년까지 4인치 웨이퍼를 가능하게 한다는 명확한 로드맵을 가지고 있습니다. "

일본, 다이아몬드 칩 산업 완전 발전

발표된 연구 결과에 따르면, 일본의 다이아몬드 칩 산업 탐사는 더욱 포괄적입니다.

일본은 2022년부터 양자컴퓨팅 프로젝트에 사용할 수 있는 순도의 다이아몬드 웨이퍼를 생산해 왔으며, 2023년 초에는 일본 사가대학교 교수와 일본 정밀부품 제조사 오르브레이(orbray)가 협력해 다이아몬드로 만든 전력반도체를 개발했다. 1cm² 875메가와트의 전력으로 동작할 수 있는 다이아몬드 반도체 중 출력 전력값이 세계 최고 수준이다. 같은 해 8월 일본 치바대학 연구팀이 최적의 결정을 따라 움직일 수 있는 새로운 레이저 기술을 제안했다. 다이아몬드를 쉽게 절단할 수 있습니다.

치바 대학 연구팀의 절단 방법

다이아몬드를 손상시키지 않고 깨끗하게 절단하는 레이저 기반 절단 공정입니다. 연구원들은 이 새로운 기술이 재료 내의 좁고 테이퍼진 볼륨에 짧은 레이저 펄스를 집중시킴으로써 레이저 절단 중에 바람직하지 않은 균열의 전파를 방지한다고 말합니다.

지바 대학은 새로 제안된 기술이 다이아몬드를 "미래의 보다 효율적인 기술에 적합한 반도체 재료"로 바꾸는 핵심 단계가 될 수 있다고 말했습니다. 히다이 교수는 레이저로 다이아몬드를 절단하는 것은 "저비용으로 고품질 웨이퍼 생산을 가능하게 하며" 다이아몬드 반도체 장치 제조에 필수적이라고 말했다.

미국 회사 akhan

akhan은 합성 전자 등급 다이아몬드 재료의 실험실 제조를 전문으로 하며 2021년 8월 초에 cmos 실리콘과 다이아몬드 기판을 결합한 최초의 300mm 웨이퍼 개발을 발표하여 획기적인 성과를 거두었습니다.

2013년경 akhan은 미국 에너지부 산하 아르곤 국립연구소(argonne national laboratory)에서 개발한 획기적인 저온 다이아몬드 증착 기술에 대한 독점 다이아몬드 반도체 응용 라이센스를 획득했습니다. 이 기술은 섭씨 400도 정도의 낮은 온도에서 다양한 웨이퍼 기판 재료에 나노다이아몬드를 증착할 수 있습니다. argonne의 저온 다이아몬드 기술과 akhan의 miraj diamond 공정의 결합은 다이아몬드 필름의 사용을 p형 도핑으로 제한했던 반도체 산업의 장벽을 허물었습니다.

이후 akhan은 이전에 입증되지 않은 특성을 지닌 실리콘에 n형 다이아몬드 재료를 생성하는 특허받은 새로운 프로세스를 개발한 miraj diamond 플랫폼을 발표했습니다.

semiconductor industry observer의 이전 기사 "다이아몬드 칩, 상업적 사용 예정"에서 언급했듯이 akhan의 창립자이자 ceo인 adam khan은 반도체 분야에 집중하기 위해 올해 1월 새로운 회사인 diamond quanta를 설립했습니다. 다이아몬드의 우수한 특성을 활용하여 전력 전자 및 양자 광소자에 대한 고급 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다.

올해 5월, diamond quanta는 자사의 "통합 다이아몬드 프레임워크"가 진정한 대체 도핑에 도움이 된다고 발표했습니다. 이 혁신적인 기술은 새로운 요소를 다이아몬드 구조에 원활하게 통합하여 크리스탈 무결성을 손상시키지 않으면서 새로운 특성을 부여합니다.

그 결과 다이아몬드는 음(n형) 및 양(p형) 전하 캐리어를 지지할 수 있는 고성능 반도체로 변모했습니다. 이러한 이동성 수준은 다이아몬드 격자가 매우 깨끗하고 정돈되어 있으며, 캐리어 운송 결함의 영향을 완화하는 공동 도핑 전략의 성공적인 구현으로 인해 산란 중심이 효과적으로 부동태화되었음을 나타냅니다. 또한, 도핑 공정에서는 전위를 수정하여 기존 다이아몬드 구조를 미세화함으로써 재료의 전도성을 높입니다. 이러한 발전은 다이아몬드 구조를 보존할 뿐만 아니라 향상시켜 심각한 격자 왜곡이나 일반적으로 이동성을 감소시키는 트랩 상태의 도입과 같은 일반적인 함정을 피합니다.

"diamond quanta를 시작하고 이 첨단 도핑 공정을 개발하는 것이 필요했습니다. 전자, 자동차, 항공우주, 에너지 등과 같은 산업에서는 끊임없이 변화하는 수요에 따라 증가하는 수요를 처리할 수 있는 반도체 기술을 찾고 있었습니다. 기술 확장에 대한 압박이 있습니다.”라고 adam khan은 말했습니다. "우리의 기술은 반도체 효율성을 향상시키려는 산업을 위한 단순한 대체 재료 그 이상입니다. 우리는 현대 시대의 점점 더 과중한 작업 부하를 원활하게 지원할 성능, 내구성 및 효율성에 대한 표준을 재정의할 완전히 새로운 재료를 소개하고 있습니다. 부하에 전력을 공급하는 데 필수적인 역할을 합니다.”

한국 팀: 다이아몬드 필름 비용 절감

올해 4월 한국기초과학연구원 재료과학팀은 네이처지에 표준 대기압, 1025°c에서 다이아몬드 합성에 성공했다는 기사를 게재했다. 로우로드 필름 생산에 사용됩니다.

연구팀의 로드니 루오프(rodney ruoff)는 다이아몬드를 합성하는 데 반드시 극한 조건이 필요하지 않다는 사실을 발견했다고 말했습니다. 액체 금속 갈륨을 메탄 가스에 노출시키면 다이아몬드의 동소체인 흑연이 생성될 수 있다는 사실이 루오프에게 영감을 주어 갈륨을 연구하게 되었다고 말했습니다. - 액체 금 함유 탄소 함유 가스로부터 다이아몬드를 생산하는 "탈탄" 경로에 대한 연구. 우연히 ruoff 팀은 실리콘 원소 물질이 반응 환경에 도입되었을 때 작은 다이아몬드 결정이 나타나는 것을 발견했습니다. 이러한 현상을 토대로 실험팀은 반응 장치를 개선해 액체 갈륨, 철, 니켈, 규소가 포함된 혼합물을 메탄과 수소의 혼합 분위기에 노출시킨 뒤 고압을 사용하지 않고 1025°c까지 가열하는 데 성공했다. 그리고 크리스탈 씨앗이 생산됩니다. 현재 ruoff 팀은 수천 개의 다이아몬드 결정으로 구성된 마이크로 다이아몬드 필름을 성공적으로 준비했습니다.

이러한 상압 합성 기술이 향후 더 큰 규모로 성공적으로 확장될 수 있다면, 보다 경제적이고 간단한 다이아몬드 필름 제조 방법이 열릴 것이며, 이는 양자 컴퓨터 및 전력 발전에 강력한 힘을 실어줄 것으로 기대됩니다. 반도체.

위에서 언급한 기업들만이 '다이아몬드' 칩의 산업화를 추진하고 있는 것은 아니다. 이에 투자하는 업계 기업도 많습니다.

다양한 동향으로 볼 때 업계에서는 다이아몬드 반도체에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있으며 유리한 자원이 지속적으로 모여 연구 개발 및 산업화 속도도 가속화되고 있습니다. 이는 '다이아몬드' 웨이퍼 시대의 시작을 의미한다.

전체적으로 다이아몬드 반도체는 높은 열전도도, 넓은 밴드갭, 높은 캐리어 이동도, 높은 절연성, 광투과율, 화학적 안정성, 방사선 저항성 등 다른 반도체 소재보다 우수한 특성을 갖고 있습니다. 현재 업계는 다이아몬드 쪽으로 더욱 나아가고 있으며 점차 다이아몬드 다기능 개발의 전환기에 접어들고 있습니다.

앞으로는 대형, 고품질, 대규모, 고연성 다이아몬드 증착 기술의 점진적인 발전에 따라 대규모 집적회로 및 고속 집적회로의 개발이 새로운 시대로 진입할 것으로 예상된다. 연대.

마지막에 쓰세요

이르면 50~60년 전부터 과학계에서는 다이아몬드 반도체 연구 열풍이 불기 시작했지만, 오늘날까지 다이아몬드 반도체로 만든 소자는 대규모로 사용되지 않았다. 일부 엔지니어들은 다이아몬드가 실제 반도체 사용의 가장자리에 항상 있을 수 있다고 한탄했습니다.

다이아몬드가 반도체 분야에서 상당한 이점을 갖고 있는 것은 사실이지만, 다이아몬드 칩의 대규모 생산과 응용을 달성하기 위해서는 여전히 높은 비용, 어려운 가공, 도핑과 같은 미성숙한 기술, 제한적인 문제 등 많은 도전과 한계에 직면해 있습니다. 적용범위 질문입니다.

아직 갈 길이 멀긴 하지만 반도체 체인에서 생명력과 활용 가능성을 보여준 소재다. 우리는 모든 당사자의 공동 노력으로 다양한 우수한 특성을 지닌 다이아몬드 재료가 미래에 더욱 발전하여 반도체 재료 분야가 중요한 발걸음을 내디딜 수 있을 것이라고 믿습니다.

물론 신소재의 궁극적인 역할은 실리콘으로 대표되는 전통적 소재를 무찌르는 것이 아니라, 자신이 잘하는 분야에서 보완하고 제 역할을 다하는 것이다.