Orbray联手Element Six,单晶金刚石晶圆重磅新突破
6月16日,日本Orbray株式会社与英国Element Six联合宣布,双方已成功确立直径3英寸(76.2毫米)单晶金刚石晶圆生产技术。这是双方自2024年6月建立战略合作以来公布的首项重要成果,也意味着单晶金刚石产业的发展重点,正在从实验室样品制备逐步转向规模化制造能力建设。
相比“3英寸”这一数字本身,行业更关注的是此次发布中出现的另一个关键词——“可重复工艺(reproducible process)”。
长期以来,大尺寸单晶金刚石并非无法制造,而是难以稳定制造。过去业内陆续出现过大尺寸单晶金刚石样品,但多数停留在实验室阶段,面临良率低、成本高、一致性差等问题。对于半导体产业而言,能够做出一片样品与能够持续生产数百片、数千片产品,是完全不同的概念。
因此这种“可重复工艺”标志着单晶金刚石正在从研发阶段向可规模化制造工艺转变。换句话说,此次突破的价值并不仅仅是尺寸纪录刷新,而是在于建立了一套能够标准化复制的生产流程。
从产业化角度看,大尺寸化始终是单晶金刚石发展的核心方向之一。晶圆尺寸越大,单片晶圆能够切割出的芯片数量越多,单位制造成本越低。此次实现的3英寸晶圆,相比此前主流的2英寸产品,芯片产出能力进一步提升,为后续降本创造了条件。
更重要的是,这一成果并非孤立出现,而是建立在Orbray多年技术积累基础之上。
公开资料显示,Orbray采用的是其自主开发的“阶梯流动生长法(Step-flow Growth)”。该技术通过在带有特定倾角的蓝宝石衬底上生长金刚石晶体,缓解晶体生长过程中的应力问题,提高大尺寸单晶生长稳定性。
事实上,这条技术路线并非首次验证。早在2021年,Orbray便已利用该技术开发出2英寸自支撑单晶金刚石衬底。此次成功扩展至3英寸尺寸,意味着其技术路线已经完成从2英寸向3英寸的放大验证,也证明同质外延技术在大尺寸单晶金刚石制备方面具备进一步扩展的可能性。
与此同时,双方还公布了较为明确的产业化时间表。根据规划,2英寸单晶金刚石晶圆将在2027年7月后于美国俄勒冈州工厂启动量产;3英寸产品将在2028年后逐步进入量产阶段;4英寸晶圆开发工作已经启动,目标是在2030年后实现商业化生产。
从时间轴来看,双方近几年的推进节奏相对清晰。2024年6月,Orbray与Element Six达成战略合作,共享知识产权和相关设备资源;2025年11月,双方成功制备出直径50毫米单晶金刚石晶圆;2026年6月,3英寸生产技术确立;随后进入量产导入阶段。相比许多停留在概念验证阶段的技术路线,这一路径已经开始向产业化落地推进。
值得关注的是,此次发布也折射出全球金刚石半导体产业竞争正在发生变化。
过去几年,行业竞争主要集中在材料研发层面,核心问题是谁能够获得更大的单晶尺寸、更低的缺陷密度以及更高的材料品质。而随着大尺寸晶圆逐步出现,竞争重点开始向制造能力转移,即谁能够率先建立稳定供应体系,形成连续生产能力。
对于单晶金刚石产业来说,这一点尤为关键。长期以来,大尺寸籽晶资源十分有限,许多拥有技术能力的企业更倾向于将其作为战略资源掌握在自己手中,而非向外部市场开放供应。这使得不少下游企业即便具备器件研发能力,也难以获得稳定材料来源。
此次Orbray与Element Six选择直接推进晶圆产品开发和量产规划,本质上是在尝试构建标准化材料供应体系。如果未来能够实现持续供货,单晶金刚石产业链的运行模式有望从“资源驱动”向“制造驱动”转变。
与此同时,日本金刚石半导体产业链也正在逐步成形。就在不久前,日本大熊钻石器件公司宣布其金刚石半导体量产工厂正式竣工。结合此次Orbray与Element Six在上游晶圆领域取得的进展,可以看到日本正在推动从单晶衬底到器件制造的全产业链布局。
对于全球产业而言,这意味着金刚石半导体竞争已经不再局限于单项技术突破,而开始进入产业体系建设阶段。未来决定行业格局的关键因素,可能不再是谁率先做出样品,而是谁能够率先建立稳定、可持续、可复制的制造能力。
从这个角度看,3英寸单晶金刚石晶圆生产技术的确立,更像是产业化进程中的一个关键节点。它并不意味着单晶金刚石已经实现大规模商业应用,但意味着行业正在从“证明技术可行”逐步转向“验证制造能力”。对于仍处于发展早期的金刚石半导体产业而言,这种变化或许比单纯的尺寸突破更值得关注。
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