米乐m6官方网站（所长：吉川博之）（以下简称AIST）钻石研究中心（所长：藤森直二）钻石晶圆团队的Akiyoshi Chayahara（团队负责人）和Yoshiaki Mokuno（高级研究科学家）开发了一种批量生产单晶金刚石晶圆的技术。

金刚石具有优异的性能，如高硬度、高导热性、宽波长范围内的高透光率、宽带隙以及对化学物质的优异稳定性。因此，金刚石有望应用于多种产品，如半导体器件、电子发射器件、生物传感器以及工具和光学元件。超过硅或碳化硅器件。当金刚石用于电子设备时，建立单晶硅片的大规模生产技术至关重要。

AIST 开发了一种大规模生产大面积单晶金刚石的技术，该技术将气相重复过度生长同时改变生长表面与将新生长的金刚石与籽晶金刚石分离的技术相结合，同时籽晶损失最小。 （照片1）。这项研究的结果将于2007年5月28日至31日在千里生命科学中心（大阪丰中新千里东町）举行的“新金刚石和纳米碳（NDNS 2007）”国际会议上公布。

照片1

金刚石由于具有高硬度、良好的导热性、宽波长范围内的高透光率以及优异的化学稳定性等有用特性，在各种类型的器件中具有广泛的应用。特别是金刚石有望应用于半导体器件。为此，需要利用金刚石优异性能的单晶金刚石晶片。在传统的制造工艺中，大的金刚石单晶被切割成片状金刚石，由于加工过程复杂且加工损耗大，因此金刚石一直无法在电子器件中使用。因此，非常需要一种大规模生产大面积单晶金刚石晶片的技术。

日本产业技术研究院钻石研究中心自2003年起，致力于利用微波等离子体化学气相沉积（CVD）法合成大型金刚石单晶的研究，并成功合成了1克拉单晶金刚石。

通过推进这项研究，该中心发现，通过精确控制表面温度（1200°C左右）和反应气体中的氮气量，可以抑制具有不同取向的异常晶体的生长。

此外，通过优化金刚石晶体的生长条件，可以实现 50μm/h 的快速合成，比传统方法快五倍。该技术已被成功开发为“直接晶圆制造技术”，其中籽晶和生长在其上的金刚石可以以最小的加工损失分离，从而开启了大面积金刚石单晶的大规模生产的可能性。

可以通过在特殊熔炉中高温高压处理碳或通过等离子体 CVD 来生产钻石。 AIST 正在开发利用加氮微波等离子体 CVD 法生产钻石的技术。

如图1所示，AIST生产方法的特点是在(100)面上连续生长。首先，在籽晶的（100）表面上生长棒状金刚石。接下来，抛光侧面，例如(010)面，并且在该表面上生长金刚石晶体。随后在（100）面上的晶体生长将逐步扩大晶体。

照片 2 显示了使用此方法生产的重 66 克拉的大钻石。

如此大的金刚石单晶可以通过激光切片来生产金刚石晶片，但这不是一种实用的方法，因为它涉及许多过程，并且会带来相当大且不可避免的材料损失。

在我们新开发的晶圆制造技术中，称为“直接晶圆制造技术”，在晶体生长之前，通过在单晶金刚石籽晶表面下方注入离子，将缺陷层引入到单晶金刚石籽晶中。随着金刚石的生长，缺陷层转变为石墨结构，可以通过电化学蚀刻去除。这种“直接晶圆制造技术”在切割时仅损失极少量的籽晶（1μm 或更少）。因此，该方法允许晶种多次重复使用。分离的晶圆也可以用作籽晶（参见照片 2）。

虽然有多家研究机构对这种分离方法进行了研究，但最多只成功生产出3至4平方毫米的小尺寸钻石。 AIST已成功生产出10mm见方的大面积金刚石晶片（是之前合成的金刚石板面积的10倍）。

图1

照片2

需要尺寸超过一英寸（254 厘米）的晶圆才能开启在商业半导体器件中应用金刚石的可能性。由于 CVD 设备的限制，我们生产的晶圆最大尺寸为 10 平方毫米。我们将通过引进原位观察技术，同时改进等离子体发生器，生产均匀、大面积的金刚石晶片。

我们希望通过开发这些技术来扩展金刚石在电子领域的应用。