米乐m6官方网站（所长野间口裕）（以下简称“AIST”）钻石研究中心的单晶基板开发团队[研究中心主任Naoharu Fujimori]研究员Hideaki Yamada和研究小组组长Akiyoshi Chatanihara开发了一种可以制造大英寸面积单晶金刚石晶片的技术。
金刚石具有高硬度、高导热性、宽透光波长带、宽带隙和化学稳定性等优异性能，有望用于工具和光学元件以及半导体器件、电子发射器件和生物传感器等多种应用。特别是应用于电子领域时，有望制造出超越硅（Si）和碳化硅（SiC）的功率器件，并通过将其纳入电动汽车、工业设备等的控制模块中，可以实现显着的节能效果。然而，对于电子应用来说，建立英寸尺寸单晶金刚石晶片的制造技术至关重要。
产业技术研究所一直在开发大型单晶金刚石的制造技术，并已成功制造出10mm见方的晶圆。该技术直接从籽晶中分离薄单晶金刚石直接晶圆法的建立，有望以低成本制造大单晶，这是前所未有的。
这次，我们采用直接晶圆法制造了多个性能均匀的单晶金刚石薄板，然后将这些薄板粘合在一起，制造出大面积的晶圆。我们建立了比传统方法提供更好接合的接合技术，并成功利用该技术制造了约1英寸见方的大面积单晶金刚石晶片（照片1）。
这项研究的结果将于 2010 年 3 月 17 日至 21 日在东海大学湘南校区举行的第 57 届 2010 年春季应用物理会议上公布。
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照片1：1英寸大单晶金刚石晶片
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金刚石表现出高硬度、高导热率、宽透光波长带、低介电常数、化学稳定性等多种优异的物理特性，因此有望应用于各种器件中。尤其是其作为半导体的应用被寄予厚望。就其实际应用而言，为了应用半导体制造工艺，英寸尺寸的单晶硅片是必不可少的。
金刚石单晶在自然界中很少见，大于几毫米，据说即使使用超高压人工合成也不可能使其达到英寸尺寸。气相合成法生长限制相对较少，迄今为止已经进行了多次尝试，但长期维持增长并不容易，并且尚未实现大规模生产大型单晶金刚石晶片的技术。
AIST钻石研究中心自2003年以来一直致力于实现大型单晶金刚石晶片微波等离子体CVD法合成大型单晶金刚石进行研究他们建立了高速合成高质量晶体的条件，并于2004年成功合成了1克拉单晶金刚石。人们认为将金刚石加工成晶片形状是很困难的，但通过开发一种独特的直接晶片方法，使用离子注入和电化学蚀刻，可以批量生产任何厚度的板状单晶。此外，通过不断增大晶体的尺寸，他们于2007年成功生产出了10毫米见方的晶片状晶体。
为了制造更大的单晶金刚石晶片，我们开发了一种技术，通过连接多个由同一晶种制成的板状单晶金刚石来制造更大面积的粘合（马赛克状）单晶金刚石晶片。
金刚石单晶的生产受到极其严格的条件限制，目前尚不清楚使用传统设备是否可以在保持质量的同时生产大型单晶。 AIST还利用等离子体模拟的开发方法改善了生产大型单晶金刚石的条件，并发现可以在约1英寸的面积上均匀生长。
人们已经进行了许多尝试来增加金刚石单晶的尺寸，并且一些研究机构还尝试了连接多个单晶或创建所谓的镶嵌单晶晶片的技术。然而，据说在接合单独制造的晶体时，对齐晶体取向是极其困难的，并且多晶体和石墨在晶体之间的边界处生长，导致接合不良。另一个问题是，传统上这些基板的尺寸非常小，约为5平方毫米或更小。
产业技术研究所开发的制造技术的特点是，如图1所示，从一颗籽晶中生成多个薄板状单晶金刚石，并将这些薄板状单晶粘合在一起，制造出大面积的镶嵌单晶晶片。由于钻石是由单一籽晶生长而成，因此本次使用的薄单晶钻石就像“孪生”晶体，具有相同的性质和晶体取向。由于将这些薄板状晶体粘合在一起形成单个大面积单晶晶片，因此可以实现粘合，几乎不会出现晶体边界处晶体生长异常或粘合不良等问题。
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图1马赛克大面积晶圆制造工艺
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采用这种大面积技术生产的大面积单晶晶片，晶体之间的键合平滑，并且比传统方法键合更加致密。因此，也可以采用抛光法和直接晶片法。因此，通过使用其作为籽晶，可以大量生产所需数量的大面积基板。此外，我们还能够证明直接晶圆法（一种与籽晶分离的加工技术）可以应用于1英寸见方的大面积金刚石晶体。
这次，我们使用了已经成功制作的10毫米见方的晶种，并用六片薄板状晶体覆盖了1英寸见方的区域，但如果原始晶种的尺寸继续增大，则可以将更大的单晶组合成马赛克。
如上所述，我们开发了一种技术，通过连接由同一籽晶制造的多个薄板状单晶金刚石，可以轻松制造更大面积的马赛克状单晶金刚石晶片。此外，通过使用该大面积晶片作为籽晶并应用直接晶片法，相信可以大量生产大面积单晶衬底晶片。
我们将继续对已经成功生产的英寸级单晶金刚石晶片进行研究，力争在一年内实现实用化。
为了开拓金刚石在半导体器件中的应用，人们认为需要更大的晶圆，因此我们将继续制造更大的晶圆。未来，我们希望改进生长/加工设备和方法，目标是开发均匀的2英寸晶圆。我们还将进行开发，将晶体质量提高到与器件制造一致的水平。