芯耀
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金剛石半導體因其卓越的熱導率、高擊穿電壓和寬禁帶等特性，在高功率和高頻電子器件領域展現出巨大的應用潛力。據市場調研機構Virtuemarket數據指出，2023年全球金剛石半導體基材市場價值為1.51億美元，預計到2030年底市場規(guī)模將達到3.42億美元。在2024-2030年的預測復合年增長率為12.3%。
特性優(yōu)勢和廣闊前景驅動下，金剛石在半導體產業(yè)鏈上的多個環(huán)節(jié)已經展現出巨大的潛力和價值。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用，金剛石正逐步滲透到半導體行業(yè)的各個關鍵領域，推動技術創(chuàng)新與產業(yè)升級。為此，Carbontech盤點了全球在金剛石半導體領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（De Beers Group）旗下的子公司，專注于合成金剛石、立方氮化硼等超硬材料的設計、開發(fā)和生產。公司成立于1946年，總部位于英國倫敦，主要制造基地分布在英國、愛爾蘭、德國、南非和美國。
Element Six的產品主要分為兩大類：超硬材料——基于合成金剛石和立方氮化硼，廣泛應用于切割、研磨和鉆探等領域，服務于石油天然氣勘探、機床制造、汽車零部件生產和大理石加工等行業(yè)；先進金剛石產品——利用金剛石的極端特性，應用于光學、功率傳輸、水處理、半導體、傳感器和量子信息處理等高科技領域。
在單晶金剛石方面，元素六能夠生產出高質量且具有高度有序晶體結構的單晶金剛石晶圓。目前已用于CERN大型強子對撞機的監(jiān)測系統，并幫助發(fā)現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4英寸，已廣泛應用于電信和國防領域，用作極紫外光刻中的光學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，實現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體在改變功率電子領域中的潛力。
在產業(yè)動態(tài)方面，2024年6月，Element Six與日本Orbray株式會社達成戰(zhàn)略合作，聯合生產“全球最高品質的單晶金剛石晶圓”，以滿足6G無線組件、先進功率和射頻電子、傳感、熱管理和量子設備等領域的需求。
2024年7月，Element Six與Lummus Technology宣布建立全球合作伙伴關系，利用Element Six的摻硼金剛石（BDD）電化學氧化技術，提供可擴展的解決方案，以處理和消除水中的全氟和多氟烷基物質（PFAS）。
2024年9月，Element Six宣布其正在美國主導一個關鍵項目——利用單晶金剛石基板開發(fā)超寬帶隙半導體。據悉，這一項目是由美國國防高級研究計劃局（DARPA）主導的超寬帶隙半導體（UWBGS）計劃的一部分，目的在于開發(fā)面向軍事和商業(yè)應用的先進半導體技術，突破半導體的性能和效率極限。此外，Element Six還完成了一個先進的CVD設施的建設和調試，該設施由可再生能源驅動，能夠大規(guī)模生產高質量的單晶金剛石襯底。
2025年1月，Element Six推出面向先進半導體器件散熱應用的一類銅-金剛石復合材料，結合了在半導體器件散熱領域中廣泛得到應用的銅和具有出色熱導能力的金剛石，可實現介乎兩種原材料之間的導熱系數和熱膨脹系數。
2025年2月，Element Six宣布和Master Drilling Group Ltd宣布建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，利用其專利聚晶金剛石（PCD）切割技術，結合Master Drilling為礦采、基礎設施和能源行業(yè)提供的機械化服務，提高了隧道掘進速度，降低了成本，并最大限度地減少了對環(huán)境的影響，與傳統的隧道掘進作業(yè)相比，可使廢石量降低17%以上。
在業(yè)績方面，根據Global Growth Insights發(fā)布的報告顯示，2023年元素六實現營收2.5億美元（約合人民幣18.16億元），年復合增長率達6.8%。
02Diamond foundry
Diamond Foundry成立于2012年，由麻省理工大學、斯坦福大學、普林斯頓大學的工程師聯合創(chuàng)立，總部位于美國加利福尼亞州舊金山。公司最初專注于珠寶和奢侈品市場，利用專利的化學氣相沉積（CVD）技術生產高品質的培育鉆石。近年來，Diamond Foundry擴展業(yè)務領域，進入半導體行業(yè)，開發(fā)用于高功率電子和先進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單晶金剛石晶片——直徑100毫米、重110克拉，具備極高的導熱性和電絕緣性。公司表示，下一個目標是降低金剛石晶圓的缺陷密度，以實現比硅高17200倍、比碳化硅高60倍的品質因數。同日，該公司還宣布開發(fā)出一款基于此單晶金剛石晶圓的電動汽車逆變器“DF Perseus”，并已完成了第一批原型測試。據稱，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獲得了來自歐盟的8100萬歐元的補貼，用于在西班牙Trujillo建設金剛石晶圓廠。據了解，該工廠總投資約8.5億美元（約62億人民幣），計劃于2025年開始生產單晶金剛石，年產能可達400-500萬克拉。該晶圓廠將采用先進的等離子體反應器技術生產人造金剛石晶片，并有望成為世界上首批完全由太陽能供電的工業(yè)項目之一。
目前Diamond Foundry已經可以在反應爐中培育出4英寸長寬、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，快速傳導并釋放芯片所產生的熱量。該公司還開發(fā)了一套技術，為每個芯片植入金剛石。以原子的方式直接連接金剛石，將半導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Diamond Foundry透露，希望在2033年前后，將金剛石引入半導體。
在業(yè)績方面，根據Global Growth Insights發(fā)布的報告顯示，2023年Diamond Foundry實現營收1.5億美元（約合人民幣10.9億元），年復合增長率達7%。
03Orbray株式會社
日本Orbray株式會社（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（切割、研磨和拋光）為核心技術。目前，該公司在合成金剛石和藍寶石的培育技術方面取得了先進成果。尤其是在積極推進布局金剛石芯及相關應用方面，商業(yè)化在即。
2021年9月，Orbray與日本佐賀大學合作，成功開發(fā)了超高純度的2英寸金剛石晶圓。2022年4月，雙方合作開發(fā)出了當時生產難度極大的直徑2英寸的單晶晶圓——采用創(chuàng)新的異質外延工藝在藍寶石襯底上生長金剛石晶片，并投入量產。此后又達成直徑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2568V的半導體。
2023年5月，Orbray宣布與豐田旗下車載半導體研發(fā)企業(yè)Mirise Technologies簽訂協議，共同研發(fā)鉆金剛石功率半導體。雙方將結合金剛石晶圓基板與功率元件技術，共同研發(fā)直立式金剛石功率元件，以滿足電動車需求。其中，Orbray 將負責開發(fā)P型導電性金剛石晶圓基板，Mirise Technologies則開發(fā)功率元件之中的持續(xù)耐電壓結構，據其預計，金剛石功率半導體將在10年后可實現實用化。Orbray 將投資100億日元（約5億元人民幣）新建生產車載功率半導體用金剛石晶圓基板等產品的工廠，ECU等電動車零組件也將在該廠進行量產。
2024年6月，與Element Six達成戰(zhàn)略合作，共同生產“全球品質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，計劃在2029年上市。同時，該公司打算加強其秋田工廠的生產，目標是在金剛石和藍寶石基板以及醫(yī)療領域的投資推動下，到2029年實現400億日元的收入。
2025年3月3日，Orbray宣布開發(fā)出了世界上最大的自立單晶（111）金剛石襯底的生產技術，尺寸為 20mm×20mm。早在2021年，Orbray就成功開發(fā)出了高質量、直徑2英寸的（100）自立式金剛石襯底（產品名稱：KENZAN Diamond?），在這一金剛石晶體生長技術的基礎上，公司利用專門設計的藍寶石襯底，推進了（111）單晶金剛石自立襯底的開發(fā)。據了解，Orbray計劃在2026年之前將這項技術商業(yè)化。
在業(yè)績方面，根據Global Growth Insights發(fā)布的報告顯示，2023年Orbray實現營收1億美元（約合人民幣7.26億元），年復合增長率達6%。
04EDP株式會社
EDP株式會社（EDP Corporation）是一家總部位于日本豐中市的公司，專注于單晶合成金剛石及相關產品的制造和銷售。產品廣泛應用于珠寶、半導體、光學窗口和切削工具等領域。
2023年，EDP成功開發(fā)出尺寸為10×10×0.2mm的低電阻金剛石襯底RB10102PP，以及更小尺寸的低電阻晶圓RB13R2PP。這些襯底通過在氣相沉積過程中引入高濃度硼，實現了高導電性，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，尺寸達到了32×31.5mm。公司計劃在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還設立了更長遠的發(fā)展目標：在未來2-3年內，將單晶尺寸提升至50×50mm，最終實現2英寸單晶襯底；如果突破50×50毫米的單晶生長技術，則可通過拼接4塊單晶，生產4英寸（100mm直徑）的馬賽克晶圓。
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在業(yè)績方面，根據Global Growth Insights發(fā)布的報告顯示，2023年EDP實現營收2500萬美元（約合人民幣1.82億元），年復合增長率達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)株式會社（Sumitomo Electric Industries, Ltd.，簡稱住友電工）成立于1897年，總部位于日本大阪，業(yè)務范圍涵蓋汽車、信息通信、電子、環(huán)境能源和工業(yè)材料等領域。
住友電工在超硬材料領域具有悠久的歷史，特別是在合成金剛石和立方氮化硼方面。其金剛石產品主要應用于切削、研磨和鉆探等工業(yè)加工領域，服務于汽車、航空航天、電子和建筑等行業(yè)。此外，住友電工還開發(fā)了用于半導體制造的金剛石工具和用于光學領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。這項重要突破將改善用于無線通信的高頻半導體GaN晶體管的散熱性能，從而實現更高的頻率和輸出。
在業(yè)績方面，根據Global Growth Insights發(fā)布的報告顯示，2023年住友電工實現營收270億美元（約合人民幣1961.25億元），年復合增長率達6.3%。
06法國Diamfab
Diamfab成立于2019年，是法國國家科學研究中心和Néel研究所的衍生企業(yè)，總部位于法國格勒諾布爾。該公司致力于將金剛石材料應用于功率電子領域，開發(fā)高質量的合成金剛石外延層和摻雜技術，涉及能源效率、電動汽車、綠色氫生產、碳足跡減少等領域。
2024年3月，Diamfab宣布完成首輪融資。此次融資籌集了870萬歐元用于建立試驗生產線，實現技術的預工業(yè)化，并加速產品開發(fā)，以滿足市場對金剛石半導體日益增長的需求。
2024年12月，Diamfab與法國等離子體輔助化學氣相沉積（CVD）人造金剛石企業(yè)HiQuTe Diamond宣布建立戰(zhàn)略技術合作伙伴關系。Diamfab將負責使用先進的晶體生長工藝進行摻雜層的外延生長，以及制造高性能組件。
在業(yè)績方面，根據Global Growth Insights發(fā)布的報告顯示，2023年DIAMFAB實現營收1000萬美元（約合人民幣7264萬元），年復合增長率達5.8%。
由DT新材料主辦的2025（第五屆）碳基半導體材料與器件產業(yè)發(fā)展論壇，將重點聚焦金剛石以及“金剛石+”SiC/GaN/石墨烯/碳納米管半導體的生長、精密加工、鍵合、器件制造、高效熱管理應用等環(huán)節(jié)中的關鍵技術和設備，歡迎報名。
