欧洲豪赌钻石芯片

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几十年来，硅一直是半导体行业的支柱。Diamfab坚信，下一个时代属于钻石。我采访了首席执行官Gauthier Chicot，了解他为何如此认为，以及如何将这种全新的材料平台产业化。

法国公司DIAMFAB是从法国国家科学研究中心（CNRS）下属的尼尔研究所（Institut Néel）衍生出来的公司。其技术基于30年来对高品质合成钻石生长的研发，以满足高要求电子应用的需求。

它生产的合成钻石可替代传统的半导体材料（如硅、碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)），尤其是在电力电子领域，用于转换、管理或分配高功率电能。

钻石不再是实验室材料，它正逐渐成为工业材料。日本大熊钻石器件公司（Ookuma Diamond Device）已融资超过3000万欧元，而美国老牌企业钻石制造公司（Diamond Foundry）也在快速扩张——本周宣布获得西班牙政府7.53亿欧元的投资，用于建设一座新的微芯片制造厂。

据西班牙《五日报》周二援引匿名消息人士报道，西班牙国有科技投资机构和美国公司Diamond Foundry计划投资23.5亿欧元（27.1亿美元）在西部埃斯特雷马杜拉地区新建一家微芯片制造厂。

该项目将于本周获得西班牙内阁批准，届时国家科技投资机构 SETT 将通过该国的半导体支持计划出资 7.53 亿欧元。

据该报报道，由美国演员莱昂纳多·迪卡普里奥支持的钻石铸造公司计划到 2029 年投资近 16 亿欧元。

该公司在该地区已经运营一家合成钻石工厂，而新工厂将成为欧洲首家大规模生产用于先进芯片的钻石基板的工厂。

Diamond Foundry 和 SETT 均未立即回应置评请求。

据《Cinco Dias》报道，这项投资预计将创造超过 2100 个就业岗位，其中约 500 个岗位直接在工厂内。

该项目启动于埃斯特雷马杜拉提前举行地区选举前几周，当地政府在未能通过预算后提前举行了选举。

Diamfab的崛起

对于 Diamfab 而言，这种日益增长的国际活动并非威胁，而是对其的肯定。

与许多深科技材料创新衍生公司一样，Diamfab 也诞生于学术界。Chicot 坦言：“不是我选择了钻石，而是钻石选择了我。我学习的是半导体材料，最初研究的是其他半导体，但在攻读博士学位期间，我获得了研究钻石的机会。正是在那时，我发现了钻石及其所有特性。”  

电气化需要一种新型的电力材料

Chicot指出，随着越来越多的系统实现电气化——电动汽车就是一个典型的例子——高效处理大量电能的需求正在迅速增长。目前大多数电力转换设备仍然由硅制成，而硅在高功率运行时会达到其性能极限。

Chicot表示，在过去的二三十年里，我们一直在寻找可以替代硅的材料。

“我们已经从硅过渡到碳化硅——每辆特斯拉Model 3车内都配备了碳化硅转换器。但我们仍然希望提高效率并简化系统。

最有效的材料是金刚石，它的性能优于碳化硅。”

更小、更轻、更坚韧的钻石，其耐压能力是碳化硅的三倍，是硅的十三倍。此外，钻石的散热性能极佳，甚至优于铜。

“这意味着钻石器件可以处理大量功率并高效地散发自身热量。如果器件过热，其性能就会下降。因此，如今我们在电动汽车等应用中使用风扇和冷却系统。这些系统体积庞大且结构复杂。钻石有助于避免这些问题，”Chicot解释道。

最后，钻石还能减少碳足迹。

Chicot表示：“我们制造这种设备只需要极少量的金刚石材料。因此，从制造到使用，其对环境的影响都更小。”

实际上，使用金刚石可以使半导体变得紧凑、轻便、耐高温、耐高电压和辐射，并且比硅更节能。

它对电动汽车、航空航天、电网和抗辐射系统等严苛环境下的电子产品来说非常宝贵，同时，利用钻石的 NV 中心特性，射频、光电子、高能探测器和量子技术等领域也涌现出越来越多的机会。

建设试点生产线：从原型到工业化现实

Diamfab 的产品推广仍处于早期阶段，团队目前主要向客户和合作伙伴提供原型产品。2024 年 3 月，该公司融资870 万欧元。

该团队正在建设一条试验生产线，这将使他们能够在模拟工业实际生产条件下开发和测试晶圆及器件。“这也向合作伙伴表明，我们已做好产业化的准备，”Chichot解释道。

此外，已经有一些小众市场将金刚石用作其他材料的导电电极。

“它不如全钻石功率设备那么‘吸引眼球’，但它能带来收入，并帮助我们学习如何像一家工业公司那样运营。”

总的来说，挑战之一在于如何说服客户接受这项在很多方面仍属前沿的技术。据奇科特称，许多工业企业都听说过钻石，但那已经是10年或20年前的事了。

“那时候，一切都还处于起步阶段，我们需要更新它们，并展示这项技术已经取得了巨大的进步。”

“我们还需要向他们证明，我们是合适的合作伙伴。这个行业非常保守。我们只有20个人，却要和施耐德电气这样的大公司打交道。”

因此，我们需要在展示我们的能力、说服最终用户以及推动价值链中的对话之间取得平衡。

我们首先需要说服终端用户。我们需要向他们展示附加价值和性能提升。然后终端用户才会说服半导体厂商开始研发这项技术。  

Chicot认为，在法国和欧洲，企业的态度更为保守，但大多数工业企业现在都确信钻石将成为电力电子领域的下一代材料。然而，在欧洲以外，像丰田这样的日本公司一直在探索钻石的潜力。

“国际上对此兴趣浓厚。问题在于何时发生。这取决于有多少参与者——包括初创公司和大型企业——加入这场竞争。”

至关重要的是，Diamfab 工作的最大优势之一在于它能够融入现有的供应链。Chicot 表示，虽然价值链的起点——“基材和我们生长的层”——是钻石特有的。

“但是一旦有了衬底和活性层，就可以在标准的洁净室中处理晶圆。金属沉积、光刻等等——使用的设备与其他半导体相同。唯一的要求是晶圆尺寸。工业设施至少需要4英寸的晶圆才能进入生产线。”

但设备本身是一样的。例如，如今我们制造原型时，使用的研究设施与制造氮化镓和其他材料的设备相同，只是配方有所调整。”

当这种材料制成足够大的晶圆后，该团队就可以将其提交给意法半导体、台积电等公司。

“他们需要一条专用生产线来避免交叉污染，但设备本身不需要不同。价值在于钻石材料本身，”Chicot解释道。

Chicot认为，Diamfab的使命是证明钻石具有工业现实意义：

“在欧洲，我们实际上拥有构建金刚石半导体供应链所需的一切：研究中心、衬底供应商、器件专业知识和主要工业参与者。

这是欧洲半导体产业重振的契机。金刚石功率电子技术是一项新兴技术，而欧洲在功率电子领域实力雄厚。

相比于弥合硅制造领域的巨大差距（亚洲在该领域已相当成熟），新技术产业化更容易实现。我们需要利用这项新技术在欧洲构建全新的产业生态系统。