在新一代高性能半导体竞争的浪潮中，“热”已成为限制性能与可靠性的关键瓶颈。从超大规模数据中心的AI加速器，到国防通信领域的射频功率放大器，如何高效散热已成为影响芯片性能、寿命与总拥有成本的核心挑战。
而在所有候选材料中，合成金刚石（Synthetic Diamond），以其远超传统材料的导热性能，正成为解决这一挑战的关键答案。
2024年，全球领先的金刚石材料企业 Element Six（E6） 与日本 Orbray Inc. 宣布建立战略合作，联合开发高质量、晶圆级 化学气相沉积（CVD）单晶金刚石，以推动其在高功率半导体器件和超宽禁带电子应用中的潜力释放。
这一合作如今迎来关键成果——
双方成功制备出直径达50毫米的单晶合成金刚石晶圆。
该晶圆的性能已达到集成高功率半导体器件的标准：
热导率超过 2200 W/m·K
表面粗糙度低于 0.5 nm
平整度优于 10 µm
可直接与 GaN、SiC 等新一代半导体材料进行键合。
这是业界首次在高质量与大尺寸之间实现平衡的突破，标志着CVD单晶金刚石材料的制造进入可扩展与可量产的新阶段。
此次突破基于 Orbray 的金刚石异质外延生长技术成功移植至 E6 的 CVD 平台，并结合 E6 在同质外延与超精密抛光工艺的长期积累实现。
正是这种跨界融合，让“实验室样片”迈向了“晶圆级制造”的里程碑。
“如果你二十年前问我这是否可能——甚至五年前——我都会说不可能。”
—— Element Six 首席技术官 Daniel Twitchen 博士
“这次突破源于合作、坚持，以及我们对合成金刚石在半导体产业中潜力的共同信念。”
Orbray 执行官金成佑（Kim Seongwoo）博士则表示：
“E6的高质量单晶生长与 Orbray 的大尺寸外延技术结合，是真正意义上的创新融合。它不仅推动材料科学进步，也将助力构建更可持续的未来社会。”
根据 E6 官方信息，公司正与多家美国防务主承包商（Defense Primes）合作，开发面向射频放大器与高功率模块封装的高导热材料。这与其近年来的战略方向一致。
在 2025 年，E6 推出 铜–金刚石复合材料（热导率约 800 W/m·K），为不同功率密度和成本需求的场景提供可选方案，构建了从复合材料到单晶金刚石的完整产品矩阵。
随着 AI、5G、电动化的推进，芯片功率密度不断攀升，传统散热方案逐渐逼近极限。
散热不足带来的问题包括：
性能受限：需降频以防过热；
可靠性下降：热失效导致停机与维护成本上升；
冷却能耗高企：削弱数据中心的可持续性与利润率。
金刚石的导热率是铜的 5倍以上，作为热扩散层，可显著提升芯片散热效率，让系统运行更快、更冷、更稳定。
E6 与 Orbray 的晶圆成果，正为金刚石直接键合至 GaN、SiC 等功率芯片奠定了关键技术基础，有望成为下一代高密度封装设计的核心材料。
合成金刚石不仅是理想的散热材料，也被认为是下一代超宽禁带半导体（禁带宽度约 5.5 eV）的潜在核心材料，具备实现高频、高压、高功率电子器件的能力。
过去，其商业化受限于“缺乏低缺陷晶圆级单晶材料”。此次 50mm 晶圆的成功，部分弥合了这一空白。
未来，随着掺杂控制、欧姆接触与应力管理的持续突破，金刚石有望成为继 GaN、SiC 之后的“第三代半导体升级路线”。
这枚 50mm 单晶晶圆的意义不仅在于技术突破，更在于产业化信号：
可扩展性：更贴近标准半导体工艺，提高良率、降低成本；
可键合性：可直接融入现有 GaN、SiC 功率芯片封装流程；
战略价值：凸显材料创新在国防、能源、数据中心等领域的核心地位。
Orbray 计划于 2026 年实现 2 英寸规模化生产，并持续推进基于金刚石的辐射探测与电子器件原型；E6 则同步加速其金刚石复合材料在数据中心、航空航天与国防系统的落地应用。
✨结语：晶圆级金刚石的时代正启幕
从AI芯片到卫星通信，从电动车到国防装备，热管理与材料创新正在重新定义性能极限。
Element Six 与 Orbray 的 50mm 单晶金刚石晶圆，不仅是科研成果，更是半导体产业迈向新材料时代的起点。
未来，随着晶圆进一步扩大至 75mm、100mm 级，金刚石或将正式步入主流半导体制造链。
在这场以材料为核心的技术革命中，金刚石正再次闪耀于半导体创新的前沿。
晶沐光电长期致力于高性能金刚石材料的研发与供应，产品涵盖单晶、多晶及薄膜等多种类型，广泛应用于高功率电子器件、光电器件及高端集成电路等领域，有效提升系统的性能与可靠性。我们致力于为全球科研机构与高端制造企业提供高质量金刚石材料:
金刚石单晶（Monocrystal）
尺寸：5×5 mm、10×10 mm、20×20 mm
厚度：200–1000 μm
金刚石多晶（Polycrystal）
尺寸：10×10 mm、2 inch、4 inch、6 inch
厚度：200–1000 μm
金刚石薄膜（Diamond Film）
尺寸：2 inch、4 inch、6 inch
厚度：200–1000 μm
