问题——高端芯片“材料关口”亟待跨越 半导体产业竞争正从设计、制造逐步延伸到上游材料与装备。近年，围绕关键材料的出口管制与技术壁垒不断加码，部分高端材料被纳入严格限制范围，给先进器件研发和产业化带来更多不确定性。单晶金刚石凭借超宽禁带、高热导率、高击穿场强等特性，被认为是面向高功率、高频、高温等极端工况器件的重要候选材料之一。但其制备难度高、工艺窗口窄、晶圆加工复杂，长期以来也是全球竞逐的技术高地。 原因——难“长得好”与“切得准”，更难在“体系化” 单晶金刚石走向器件应用，首先要解决高质量外延生长的稳定性。晶体缺陷、杂质引入和生长不均匀会直接影响器件可靠性与良率。其次，再好的材料也要进入晶圆形态，才能衔接后续微纳加工与器件工艺；但金刚石硬度极高，传统机械切割和研磨效率低、损伤大、成本高，制约规模化制备。更关键的是，材料、生长加工、检测表征、器件验证需要形成闭环协同，任何一环薄弱，都可能让“实验室成果”难以走到“工程化产品”。 影响——打通关键环节，增强产业链韧性与战略支撑能力 据介绍，吉林大学团队围绕单晶金刚石生长与晶圆加工的关键环节开展系统攻关：一上，聚焦高质量单晶外延生长中的关键条件，明确并稳定了有助于降低缺陷、提升晶体质量的生长窗口；另一方面，通过对生长机理与形貌演化的研究，实现更可控的表面演进与外延调控，降低缺陷密度、提升均匀性、提高工艺可重复性等取得进展。此外，团队联合推进晶圆加工环节，探索采用激光等方式实现更精细、低损伤的切割与剥离，获得可用于后续器件工艺验证的特定厚度晶圆样品。业内人士指出，这类进展的价值不仅在于单点突破，更在于向“材料—晶圆—器件”的全流程衔接迈出一步，为后续器件设计与工艺集成提供了可落地的载体。 从应用端看，单晶金刚石器件若能在高压大功率、射频微波、极端温度环境等领域实现工程化，将在新能源汽车高压平台、轨道交通、电网输配电、数据中心电源管理、先进雷达与空间电子等方向释放潜力。其高热导率优势也有望缓解高功率芯片散热瓶颈，提高系统能效与可靠性。在全球竞争背景下，材料自主供给能力提升将降低外部限制带来的风险，为关键领域的长期稳定发展提供支撑。 对策——以产学研用协同推动从“可做”到“可用、可量产” 专家认为，单晶金刚石要真正形成产业竞争力，还需在三上持续推进： 一是强化工程化能力建设。围绕外延装备、过程控制、线检测与一致性评价体系开展标准化攻关，提高批量制备的稳定性与良率，推动从样品走向可复制的工艺包。 二是加快晶圆级加工与配套工艺协同。围绕切割、减薄、抛光、表面处理与缺陷表征等关键环节，形成适配金刚石特性的低损伤加工路线，并与器件制程建立接口标准。 三是以应用牵引形成闭环迭代。建议面向电力电子、射频器件、传感与量子信息等场景设置联合攻关任务，推动材料指标与器件性能联动优化，以可验证的系统指标带动产业链协同升级。 前景——新一代半导体材料竞争加速，关键在持续投入与体系突破 当前，宽禁带半导体已成为国际科技与产业竞争的重要方向。与碳化硅、氮化镓等材料相比，金刚石器件产业化仍处于爬坡阶段，但其性能上限与应用空间受到持续关注。吉林大学的对应的进展显示，我国在单晶金刚石材料及晶圆加工上正逐步形成自主探索与工程化推进能力。面向未来，若能装备国产化、工艺一致性、成本控制与应用验证等上持续突破，有望在部分高端领域形成差异化优势，并带动相关材料、装备与工艺生态深入完善。
金刚石半导体的突破不仅是一项科研进展，也说明了我国在关键核心技术上的持续攻关。它说明，核心技术难以依赖外部获取，唯有长期投入与自主创新，才能掌握发展主动权。面向未来，既要继续夯实基础研究，也要加快成果转化与应用验证，让更多“卡脖子”技术加速走向可用、可量产的工程能力，为高质量发展提供支撑。