近日，青禾晶元与西安电子科技大学联合技术团队在金刚石半导体材料领域取得重大突破——成功开发基于常温键合与H-Cut技术的金刚石薄膜高质量转移工艺，为金刚石半导体的产业化应用扫清关键障碍，有望以经济可行的方式与现有半导体工艺融合，直接发挥其散热和耐压的独特优势。
技术定义：什么是金刚石H-Cut技术？
金刚石薄膜转移是利用H-Cut技术，将离子注入剥离与晶圆键合相结合的先进半导体工艺。简单来说，就像是把高质量单晶金刚石薄膜从其原有的“供体”衬底上完整剥离，再精准转移到硅等更廉价、更大的“受体”衬底上。
这一技术旨在克服金刚石成本高、薄膜加工难的核心瓶颈，是学术界和产业界寻求低成本、高质量金刚石薄膜的关键途径，也是推动金刚石半导体走向实用化的核心工艺之一。得到的“金刚石-on-X”结构，可广泛应用于高功率电子器件、高效热管理、高灵敏度X射线探测器及前沿量子传感等领域。
行业痛点：我们解决了什么问题？
金刚石被誉为“终极半导体材料”，但将其从实验室推向产线却面临几大核心挑战：
1、表面太“糙”：传统方法处理后的金刚石表面粗糙度约1.0nm，难以与其他材料实现高质量键合。
2、剥离太“难”：金刚石碳-碳键极强，传统氢注入剥离需要超过1300°C的高温，与常规半导体工艺严重不兼容。
3、工艺太“敏感”：氢注入的剂量、能量等参数需精确控制，否则要么无法剥离，要么严重损伤晶体。
4、键合太“弱”：金刚石化学惰性高，传统键合方法结合强度不足。5、后处理太“繁”：转移后表面常残留损伤层或石墨，需复杂工序才能获得洁净可用的外延表面。
技术突破：我们的核心参数
面对上述挑战，联合团队依托自主研发的核心设备与工艺，取得了以下关键进展：
超光滑表面处理
采用自主研发的超原子束抛光设备，成功将金刚石表面粗糙度降低至0.2nm（优于传统方法5倍），且表面洁净无缺陷，完美满足键合要求。
高成功率转移
利用自主研发的常温键合设备结合H-Cut技术，成功将金刚石薄膜转移至氮化镓等异质衬底，转移面积 > 90%。
低温工艺兼容
通过优化键合与注入剥离工艺，将金刚石的有效剥离温度降低至1000°C以下，显著提升与常规半导体工艺的兼容性，为实现异质集成奠定基础。
高质量保持
转移后的金刚石薄膜仍保持良好的单晶结构，材料本征性能无损。
成本优势
“供体”衬底剩余的金刚石材料可重复使用，有效降低综合成本。
H-Cut技术工艺原理示意图
核心设备与解决方案
本次技术突破，离不开青禾晶元自主研发的超原子束抛光设备与常温键合设备的关键支撑：
1、超原子束抛光设备：该设备是攻克金刚石表面粗糙难题的关键。它凭借真空下的超原子束抛光工艺，以束流＞100μA的高性能超原子束源为核心，结合兼容2-12寸晶圆及不规则样品的高精密运动平台，成功实现了金刚石表面原子级超光滑抛光（粗糙度≤0.5nm），从而从源头上为高质量异质键合制备出近乎完美的界面。
2、常温键合设备：能够在常温下实现多种材料的高强度预键合，为后续的剥离工艺提供了稳定可靠的界面基础。让两种完全不同性质的材料（如金刚石和氮化镓）牢固地结合在一起，避免了高温带来的热损伤与热失配(因热膨胀系数不同导致的翘曲)问题，同时保持各自原有的优异性能，是实现高性能、多功能集成的关键技术，界面纯净、无中间层，热学和电学性能优异。
这些设备不仅服务于内部研发，更可为产业伙伴提供先进的工艺服务解决方案，助力客户攻克材料集成难关。
金刚石/GaN异质结构的FIB截面分析图 | 转移金刚石薄膜的高分辨率透射电镜（HRTEM）图像
客户价值：能为产业带来什么？
显著降本
突破小尺寸、高成本衬底限制，利用大尺寸硅衬底等降低成本；供体衬底可重复利用，进一步节约材料成本。
技术解锁
使客户能够设计和制造此前因工艺限制而无法实现的高性能器件，特别是在高频、高功率、极端散热等应用场景。
工艺简化
低温转移工艺与现有产线兼容性更强，降低了工艺集成难度和产业化门槛。
性能领先
高质量的金刚石薄膜为器件提供了优异的载流子迁移率、热导率和击穿场强，帮助客户在产品性能上建立代际优势。
共筑金刚石半导体未来
金刚石半导体是未来功率电子、光电集成和量子技术的战略性材料。此次H-Cut技术的成功开发与验证，标志着青禾晶元在宽禁带半导体材料集成领域迈出了坚实的一步。
未来，青禾晶元将继续深化产学研合作，持续优化工艺，并逐步面向客户提供金刚石薄膜技术与方案，与业界伙伴一道，共同推动金刚石半导体从实验室走向规模化应用，为中国半导体产业的创新发展注入新的动力。
