2025中国金刚石散热材料展览会

金刚石作为新一代宽禁带半导体具有优异的电学特性，比如超宽禁带、优异的载流子特性、高击穿电场强度、超高热导率、生物兼容性，这使其在高频高压大功率电子器件等领域具有巨大应用前景，因此金刚石被称作终极半导体。金刚石电子器件要求使用高质量金刚石晶片和金刚石薄膜生长技术。而大尺寸金刚石材料储备有限，天然的金刚石价格昂贵，难以满足工业化应用需求。因此，如何制备出英寸级的大尺寸单晶金刚石，是单晶金刚石作为“终极半导体”能够获得广泛应用的关键。

生长成品：（a）单晶金刚石，（b）多晶金刚石膜

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制备工艺

目前，单晶金刚石的制备方法主要有高温高压（HPHT）法和化学气相沉积（CVD）法。

（1）高温高压法

高温高压法是较为传统的一种合成方法。目前，国内每年有300多万克拉的培育大单晶金刚石通过HPHT方法产出。该技术在高温高压环境下，利用碳源和金刚石晶种作为原料，在金刚石稳定的高温高压区域内，形成新的金刚石晶体。高温高压法合成的金刚石具有较高的净度和颜色级别。一般而言，合成的金刚石颜色可达到D/E/F级别，接近无色。形状上，合成的金刚石晶体接近宝塔状，具有较大的单粒重量。

HPHT反应器示意图

优点：高温高压合成的金刚石颜色级别高，净度较好；单粒重量相对较大，适用于大型钻石首饰的制作；方法相对成熟和可控，合成工艺相对稳定。

缺点：生产周期较长，周期通常需要数周到数月；设备和催化剂成本较高；无法合成更大尺寸的金刚石单粒。