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金剛石半導(dǎo)體因其卓越的熱導(dǎo)率、高擊穿電壓和寬禁帶等特性，在高功率和高頻電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Virtuemarket數(shù)據(jù)指出，2023年全球金剛石半導(dǎo)體基材市場(chǎng)價(jià)值為1.51億美元，預(yù)計(jì)到2030年底市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3.42億美元。在2024-2030年的預(yù)測(cè)復(fù)合年增長(zhǎng)率為12.3%。
特性?xún)?yōu)勢(shì)和廣闊前景驅(qū)動(dòng)下，金剛石在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上的多個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的潛力和價(jià)值。從熱沉、封裝到微納加工，再到摻硼金剛石電極及量子科技應(yīng)用，金剛石正逐步滲透到半導(dǎo)體行業(yè)的各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。為此，Carbontech盤(pán)點(diǎn)了全球在金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域具有重要影響力的企業(yè)：
01元素六（Element Six）
Element Six是戴比爾斯集團(tuán)（De Beers Group）旗下的子公司，專(zhuān)注于合成金剛石、立方氮化硼等超硬材料的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。公司成立于1946年，總部位于英國(guó)倫敦，主要制造基地分布在英國(guó)、愛(ài)爾蘭、德國(guó)、南非和美國(guó)。
Element Six的產(chǎn)品主要分為兩大類(lèi)：超硬材料——基于合成金剛石和立方氮化硼，廣泛應(yīng)用于切割、研磨和鉆探等領(lǐng)域，服務(wù)于石油天然氣勘探、機(jī)床制造、汽車(chē)零部件生產(chǎn)和大理石加工等行業(yè)；先進(jìn)金剛石產(chǎn)品——利用金剛石的極端特性，應(yīng)用于光學(xué)、功率傳輸、水處理、半導(dǎo)體、傳感器和量子信息處理等高科技領(lǐng)域。
在單晶金剛石方面，元素六能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量且具有高度有序晶體結(jié)構(gòu)的單晶金剛石晶圓。目前已用于CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并幫助發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子粒子。在多晶金剛石方面，公司的多晶金剛石晶圓直徑超過(guò)4英寸，已廣泛應(yīng)用于電信和國(guó)防領(lǐng)域，用作極紫外光刻中的光學(xué)窗口以及用于高功率密度硅和GaN器件的熱管理。此外，在高壓器件方面，該公司與瑞士企業(yè)ABB合作，實(shí)現(xiàn)了首款高壓塊狀金剛石肖特基二極管，展示了基于金剛石的半導(dǎo)體在改變功率電子領(lǐng)域中的潛力。
在產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)方面，2024年6月，Element Six與日本Orbray株式會(huì)社達(dá)成戰(zhàn)略合作，聯(lián)合生產(chǎn)“全球最高品質(zhì)的單晶金剛石晶圓”，以滿(mǎn)足6G無(wú)線(xiàn)組件、先進(jìn)功率和射頻電子、傳感、熱管理和量子設(shè)備等領(lǐng)域的需求。
2024年7月，Element Six與Lummus Technology宣布建立全球合作伙伴關(guān)系，利用Element Six的摻硼金剛石（BDD）電化學(xué)氧化技術(shù)，提供可擴(kuò)展的解決方案，以處理和消除水中的全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）。
2024年9月，Element Six宣布其正在美國(guó)主導(dǎo)一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目——利用單晶金剛石基板開(kāi)發(fā)超寬帶隙半導(dǎo)體。據(jù)悉，這一項(xiàng)目是由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）主導(dǎo)的超寬帶隙半導(dǎo)體（UWBGS）計(jì)劃的一部分，目的在于開(kāi)發(fā)面向軍事和商業(yè)應(yīng)用的先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)，突破半導(dǎo)體的性能和效率極限。此外，Element Six還完成了一個(gè)先進(jìn)的CVD設(shè)施的建設(shè)和調(diào)試，該設(shè)施由可再生能源驅(qū)動(dòng)，能夠大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量的單晶金剛石襯底。
2025年1月，Element Six推出面向先進(jìn)半導(dǎo)體器件散熱應(yīng)用的一類(lèi)銅-金剛石復(fù)合材料，結(jié)合了在半導(dǎo)體器件散熱領(lǐng)域中廣泛得到應(yīng)用的銅和具有出色熱導(dǎo)能力的金剛石，可實(shí)現(xiàn)介乎兩種原材料之間的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)。
2025年2月，Element Six宣布和Master Drilling Group Ltd宣布建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，利用其專(zhuān)利聚晶金剛石（PCD）切割技術(shù)，結(jié)合Master Drilling為礦采、基礎(chǔ)設(shè)施和能源行業(yè)提供的機(jī)械化服務(wù)，提高了隧道掘進(jìn)速度，降低了成本，并最大限度地減少了對(duì)環(huán)境的影響，與傳統(tǒng)的隧道掘進(jìn)作業(yè)相比，可使廢石量降低17%以上。
在業(yè)績(jī)方面，根據(jù)Global Growth Insights發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年元素六實(shí)現(xiàn)營(yíng)收2.5億美元（約合人民幣18.16億元），年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)6.8%。
02Diamond foundry
Diamond Foundry成立于2012年，由麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、普林斯頓大學(xué)的工程師聯(lián)合創(chuàng)立，總部位于美國(guó)加利福尼亞州舊金山。公司最初專(zhuān)注于珠寶和奢侈品市場(chǎng)，利用專(zhuān)利的化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)生產(chǎn)高品質(zhì)的培育鉆石。近年來(lái)，Diamond Foundry擴(kuò)展業(yè)務(wù)領(lǐng)域，進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)，開(kāi)發(fā)用于高功率電子和先進(jìn)光電器件的金剛石晶圓。
2023年10月，Diamond Foundry培育出了世界上第一個(gè)單晶金剛石晶片——直徑100毫米、重110克拉，具備極高的導(dǎo)熱性和電絕緣性。公司表示，下一個(gè)目標(biāo)是降低金剛石晶圓的缺陷密度，以實(shí)現(xiàn)比硅高17200倍、比碳化硅高60倍的品質(zhì)因數(shù)。同日，該公司還宣布開(kāi)發(fā)出一款基于此單晶金剛石晶圓的電動(dòng)汽車(chē)逆變器“DF Perseus”，并已完成了第一批原型測(cè)試。據(jù)稱(chēng)，該逆變器比Tesla 3的逆變器（業(yè)界最小型的逆變器）緊湊六倍，超越了其性能和效率。
2024年12月，Diamond Foundry獲得了來(lái)自歐盟的8100萬(wàn)歐元的補(bǔ)貼，用于在西班牙Trujillo建設(shè)金剛石晶圓廠(chǎng)。據(jù)了解，該工廠(chǎng)總投資約8.5億美元（約62億人民幣），計(jì)劃于2025年開(kāi)始生產(chǎn)單晶金剛石，年產(chǎn)能可達(dá)400-500萬(wàn)克拉。該晶圓廠(chǎng)將采用先進(jìn)的等離子體反應(yīng)器技術(shù)生產(chǎn)人造金剛石晶片，并有望成為世界上首批完全由太陽(yáng)能供電的工業(yè)項(xiàng)目之一。
目前Diamond Foundry已經(jīng)可以在反應(yīng)爐中培育出4英寸長(zhǎng)寬、小于3毫米厚度的金剛石晶圓，而這些晶圓可以和硅芯片一同使用，快速傳導(dǎo)并釋放芯片所產(chǎn)生的熱量。該公司還開(kāi)發(fā)了一套技術(shù)，為每個(gè)芯片植入金剛石。以原子的方式直接連接金剛石，將半導(dǎo)體芯片粘合到金剛石晶圓基板上，以消除限制其性能的散熱瓶頸。據(jù)Diamond Foundry透露，希望在2033年前后，將金剛石引入半導(dǎo)體。
在業(yè)績(jī)方面，根據(jù)Global Growth Insights發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年Diamond Foundry實(shí)現(xiàn)營(yíng)收1.5億美元（約合人民幣10.9億元），年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)7%。
03Orbray株式會(huì)社
日本Orbray株式會(huì)社（總部：日本東京都足立區(qū)，2023年1月更名為“Orbray”，中文名：奧比睿有限公司）成立于1939年，以制造電表用寶石軸承起家，以寶石加工技術(shù)（切割、研磨和拋光）為核心技術(shù)。目前，該公司在合成金剛石和藍(lán)寶石的培育技術(shù)方面取得了先進(jìn)成果。尤其是在積極推進(jìn)布局金剛石芯及相關(guān)應(yīng)用方面，商業(yè)化在即。
2021年9月，Orbray與日本佐賀大學(xué)合作，成功開(kāi)發(fā)了超高純度的2英寸金剛石晶圓。2022年4月，雙方合作開(kāi)發(fā)出了當(dāng)時(shí)生產(chǎn)難度極大的直徑2英寸的單晶晶圓——采用創(chuàng)新的異質(zhì)外延工藝在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)金剛石晶片，并投入量產(chǎn)。此后又達(dá)成直徑55毫米的單晶沉積的里程碑式成果。2022年5月，雙方又合作利用2英寸晶圓，研發(fā)出了輸出功率為875MW/c㎡（為全球最高）、高壓達(dá)2568V的半導(dǎo)體。
2023年5月，Orbray宣布與豐田旗下車(chē)載半導(dǎo)體研發(fā)企業(yè)Mirise Technologies簽訂協(xié)議，共同研發(fā)鉆金剛石功率半導(dǎo)體。雙方將結(jié)合金剛石晶圓基板與功率元件技術(shù)，共同研發(fā)直立式金剛石功率元件，以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)需求。其中，Orbray 將負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)P型導(dǎo)電性金剛石晶圓基板，Mirise Technologies則開(kāi)發(fā)功率元件之中的持續(xù)耐電壓結(jié)構(gòu)，據(jù)其預(yù)計(jì)，金剛石功率半導(dǎo)體將在10年后可實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。Orbray 將投資100億日元（約5億元人民幣）新建生產(chǎn)車(chē)載功率半導(dǎo)體用金剛石晶圓基板等產(chǎn)品的工廠(chǎng)，ECU等電動(dòng)車(chē)零組件也將在該廠(chǎng)進(jìn)行量產(chǎn)。
2024年6月，與Element Six達(dá)成戰(zhàn)略合作，共同生產(chǎn)“全球品質(zhì)最高的單晶金剛石晶圓”。同年9月，Orbray宣布該公司將籌集最多100億日元，計(jì)劃在2029年上市。同時(shí)，該公司打算加強(qiáng)其秋田工廠(chǎng)的生產(chǎn)，目標(biāo)是在金剛石和藍(lán)寶石基板以及醫(yī)療領(lǐng)域的投資推動(dòng)下，到2029年實(shí)現(xiàn)400億日元的收入。
2025年3月3日，Orbray宣布開(kāi)發(fā)出了世界上最大的自立單晶（111）金剛石襯底的生產(chǎn)技術(shù)，尺寸為 20mm×20mm。早在2021年，Orbray就成功開(kāi)發(fā)出了高質(zhì)量、直徑2英寸的（100）自立式金剛石襯底（產(chǎn)品名稱(chēng)：KENZAN Diamond?），在這一金剛石晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，公司利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的藍(lán)寶石襯底，推進(jìn)了（111）單晶金剛石自立襯底的開(kāi)發(fā)。據(jù)了解，Orbray計(jì)劃在2026年之前將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。
在業(yè)績(jī)方面，根據(jù)Global Growth Insights發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年Orbray實(shí)現(xiàn)營(yíng)收1億美元（約合人民幣7.26億元），年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)6%。
04EDP株式會(huì)社
EDP株式會(huì)社（EDP Corporation）是一家總部位于日本豐中市的公司，專(zhuān)注于單晶合成金剛石及相關(guān)產(chǎn)品的制造和銷(xiāo)售。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于珠寶、半導(dǎo)體、光學(xué)窗口和切削工具等領(lǐng)域。
2023年，EDP成功開(kāi)發(fā)出尺寸為10×10×0.2mm的低電阻金剛石襯底R(shí)B10102PP，以及更小尺寸的低電阻晶圓RB13R2PP。這些襯底通過(guò)在氣相沉積過(guò)程中引入高濃度硼，實(shí)現(xiàn)了高導(dǎo)電性，適用于高功率電子器件的研發(fā)。
2025年2月13日，EDP宣布成功研制出全球最大尺寸的單晶金剛石襯底，尺寸達(dá)到了32×31.5mm。公司計(jì)劃在2025年4月底前推出1英寸（25mm直徑）的金剛石晶圓，并將在2025年底前通過(guò)拼接4塊單晶的方式，研發(fā)2英寸（50mm直徑）的馬賽克晶圓。
EDP還設(shè)立了更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)：在未來(lái)2-3年內(nèi)，將單晶尺寸提升至50×50mm，最終實(shí)現(xiàn)2英寸單晶襯底；如果突破50×50毫米的單晶生長(zhǎng)技術(shù)，則可通過(guò)拼接4塊單晶，生產(chǎn)4英寸（100mm直徑）的馬賽克晶圓。
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在業(yè)績(jī)方面，根據(jù)Global Growth Insights發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年EDP實(shí)現(xiàn)營(yíng)收2500萬(wàn)美元（約合人民幣1.82億元），年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)5.7%。截至2025年3月，該公司市值約25億日元。
05日本住友電工
住友電氣工業(yè)株式會(huì)社（Sumitomo Electric Industries, Ltd.，簡(jiǎn)稱(chēng)住友電工）成立于1897年，總部位于日本大阪，業(yè)務(wù)范圍涵蓋汽車(chē)、信息通信、電子、環(huán)境能源和工業(yè)材料等領(lǐng)域。
住友電工在超硬材料領(lǐng)域具有悠久的歷史，特別是在合成金剛石和立方氮化硼方面。其金剛石產(chǎn)品主要應(yīng)用于切削、研磨和鉆探等工業(yè)加工領(lǐng)域，服務(wù)于汽車(chē)、航空航天、電子和建筑等行業(yè)。此外，住友電工還開(kāi)發(fā)了用于半導(dǎo)體制造的金剛石工具和用于光學(xué)領(lǐng)域的高性能金剛石薄膜。
3月11日，日本住友電氣工業(yè)公司宣布，與大阪公立大學(xué)共同在直徑兩英寸的多晶金剛石基板上成功制作出氮化鎵晶體管，將其熱阻降至硅的1/4、碳化硅的1/2。這項(xiàng)重要突破將改善用于無(wú)線(xiàn)通信的高頻半導(dǎo)體GaN晶體管的散熱性能，從而實(shí)現(xiàn)更高的頻率和輸出。
在業(yè)績(jī)方面，根據(jù)Global Growth Insights發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年住友電工實(shí)現(xiàn)營(yíng)收270億美元（約合人民幣1961.25億元），年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)6.3%。
06法國(guó)Diamfab
Diamfab成立于2019年，是法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和Néel研究所的衍生企業(yè)，總部位于法國(guó)格勒諾布爾。該公司致力于將金剛石材料應(yīng)用于功率電子領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的合成金剛石外延層和摻雜技術(shù)，涉及能源效率、電動(dòng)汽車(chē)、綠色氫生產(chǎn)、碳足跡減少等領(lǐng)域。
2024年3月，Diamfab宣布完成首輪融資。此次融資籌集了870萬(wàn)歐元用于建立試驗(yàn)生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的預(yù)工業(yè)化，并加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)金剛石半導(dǎo)體日益增長(zhǎng)的需求。
2024年12月，Diamfab與法國(guó)等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（CVD）人造金剛石企業(yè)HiQuTe Diamond宣布建立戰(zhàn)略技術(shù)合作伙伴關(guān)系。Diamfab將負(fù)責(zé)使用先進(jìn)的晶體生長(zhǎng)工藝進(jìn)行摻雜層的外延生長(zhǎng)，以及制造高性能組件。
在業(yè)績(jī)方面，根據(jù)Global Growth Insights發(fā)布的報(bào)告顯示，2023年DIAMFAB實(shí)現(xiàn)營(yíng)收1000萬(wàn)美元（約合人民幣7264萬(wàn)元），年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)5.8%。
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