中國粉體網訊 半導體行業是當今世界科技創新的重要驅動力，也是體現各國競爭力的重要標志。半導體材料作為半導體行業的核心，其性能的高低直接決定了半導體產業的技術水平。
寬禁帶半導體材料相比傳統硅半導體，具有高溫性能好、輸出功率高、抗腐蝕、耐高壓高頻等綜合性能，被廣泛應用于電力電子、射頻、微波等領域。
主要寬禁帶材料的參數對比
金剛石作為寬禁帶甚至超寬帶隙材料的一員（禁帶寬度5.5 eV），具有優異的物理和化學性質，如高載流子遷移率、高熱導率、高擊穿電場、高載流子飽和速率和低介電常數等，被行業譽為“終極半導體材料”。它在部分領域可替代現有硅、砷化鎵等半導體材料，并極有可能引發半導體產業新一輪的技術革命。
高功率電子器件
由于金剛石的高熱導率和寬禁帶特性，它非常適合用于制造高功率電子器件，如功率放大器、射頻器件等。這些器件在通信、雷達、衛星等領域有著廣泛的應用。金剛石的加入可以顯著提高器件的功率密度和效率，降低散熱成本，延長器件的使用壽命。
高溫電子器件
在一些特殊的應用場景中，如航空航天、石油化工等領域，需要電子器件能夠在高溫環境下穩定工作。金剛石的寬禁帶特性使其能夠在高溫下保持良好的性能，成為制造高溫電子器件的理想材料。
二極管 圖源：pixabay
光學器件
金剛石不僅在電學性能上表現出色，在光學領域也有著廣泛的應用。金剛石具有高透明度、高硬度和良好的化學穩定性，可用于制造高性能的光學窗口、透鏡和棱鏡等器件。此外，金剛石還可以作為激光增益介質，用于制造高功率激光器。
光學窗口 圖源：中南鉆石
探測器
金剛石材料可以檢測任何一種比其5.5eV禁帶能量更高的電磁波，例如深紫外光、X 射線、伽馬射線、帶電粒子和中子，其動態能量范圍從5.5eV 到GeV宇宙級射線。它擁有卓越的抗輻照性能以及超快的時間響應，被認為是用于脈沖輻射場/強輻射場最理想的半導體探測器材料。
矩形中子探測器
圖源：趙鑫等.金剛石核輻射探測器研究進展
聲學器件
金剛石密度低，楊氏模量和強度高，這使得它成為一種高性能的高頻聲材料。它可以在高達70kHz的頻率下保持完美的振動運動而不失真，從而提供幾乎完美的聲音再現。此外金剛石還具有最高的聲表面波速，是用于聲表面波濾波器的優秀材料，能夠提高濾波頻率和功率承受能力。
量子計算
金剛石中的氮空位中心（NV center）具有獨特的量子特性，使其在量子計算領域有著潛在的應用價值。研究人員正在探索利用金剛石中的 NV center 實現量子比特的存儲和操作，為未來的量子計算技術提供新的解決方案。
金剛石NV色心的物理結構示意圖
圖源：陳諾誠.基于金剛石NV色心的微弱微波場測量系統研究
微機電系統（MEMS）
金剛石各種特性同樣適合制作微機電系統，尤其適合在高壓、高溫、高加速度和高輻射等環境下工作的高端器件。金剛石微機電系統的幾個關鍵結構都已經有科研團隊制作出來，例如薄膜結構，懸臂梁結構等等。
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參考來源：
1.DT半導體
2.高旭輝. 金剛石—終極半導體的“破繭”之路.科學咨詢
3.杜昊臨等. 金剛石半導體器件研究概述.科技論壇
（中國粉體網編輯整理/輕言）
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