Akhan半导体将扩大金刚石电子产品市场

以下文章来源于化合物半导体联盟 ，作者化合物半导体杂志

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据 Rebecca Pool 报道，随着 300 毫米金刚石 CMOS 晶片的生产得以展示，Akhan 将为射频功率器件带来前所未有的功率密度

在很短的时间内，总部位于美国的阿克汉半导体公司（Akhan Semiconductor）已明确表示有意大规模扩大其合成、实验室培育的电子级金刚石材料的生产规模。6月下旬，英特尔美洲前总裁Tom Lacey加入公司董事会担任董事长。这位半导体高管还带领初创企业、中型和大型上市公司和私营公司，正如他所说：“现在是释放金刚石在芯片、光学和玻璃涂层方面的巨大能力的时候了。”

然后，仅仅几周后，Akhan透露它已经在其伊利诺伊州北部金刚石矿的生产设施制造了300毫米金刚石CMOS晶片。正如公司创始人Adam Khan所说：“从商业角度来看，300毫米是标准，我们想证明我们拥有这些工艺，可以形成最先进的芯片。”

“我们已经从实验室创新过渡到可重复和大规模可扩展的过程，”他补充道。“有了Tom，我们正在从创业阶段转向运营增长......我们希望将我们的材料授权给全球的晶圆厂和最终客户，以便他们能够将这些纳入他们的芯片设计中。”

早期

Khan于2012年底创立了Akhan Semiconductor，他相信金刚石可以为智能手机屏幕提供出色的显示玻璃特性，并为镜子和镜头提供光学性能。他还确信金刚石半导体可以取代硅器件并胜过包括GaN和SiC在内的宽带隙材料。

Akhan 与Argonne国家实验室合作，获得了该中心金刚石气相沉积技术的独家许可，该技术能够在低至400oC的温度下将纳米晶金刚石薄膜沉积到晶片材料上。结合Akhan的共掺杂方法——在器件中掺杂磷和氮，然后掺杂硼或锂以设计原子分布——这种配对看起来将实现Khan的希望。

正如Argonne材料科学家Anirudha Sumant当时所说：“这份许可协议给我们带来了一个两次冲击的影响，其中我们将Akhan的新颖工艺与 Argonne的低温金刚石相结合，在金刚石中实现高效的n型掺杂。沉积技术……这将打破限制在半导体行业中使用金刚石薄膜只能进行p型掺杂的障碍。”

快进到今天，这种方法已经取得了成功。Akhan 已在全球范围申请了40多项专利，向未具名的智能手机原始设备制造商洛克希德马丁公司和其他主要行业参与者提供其技术，现在已经展示了300毫米CMOS金刚石晶片的制造。

据Khan说：“我们已经使用热丝CVD（广泛用于沉积金刚石薄膜）做到了这一点，并获得了非常高的产量......由于边缘到边缘薄膜的可变性而非公差，晶圆被拒收的拒收率低于10%。”

“这是一个稳健、可扩展的过程，但300毫米不是我们的最大尺寸——我们可以在比这更大的面板上生长金刚石，”他补充道。

Akhan 半导体公司的创始人Adam Khan

该公司使用一系列令人印象深刻的衬底，包括硅、玻璃、熔融石英、蓝宝石、碳化硅、氮化镓和其他晶体半导体材料以及难熔金属。用于汽车应用的器件正在硅或SiC衬底上制造。

“我们拥有每种材料的专利和‘商业秘密’工艺，包括我们如何准备材料、生长条件和后处理，”Khan 说， “用于功能化的种子材料和化学品因材料类型、材料厚度、粗糙度或光洁度而异。”

正如Akhan创始人还指出的那样，材料的晶体尺寸会根据应用而改变——例如，大晶粒多晶材料可增强高功率、高频应用的载流子迁移率。“我们还没有看到需要为我们所追求的应用开发单晶 [材料]的必要性，因为我们所看到的已经比SiC和GaN好得多，”他说。

事实上，在此过程中，Khan及其同事一直在跟踪射频功率领域中SiC和GaN的发展，并制造 MOSFET、MESFET、双极和CMOS结构，为该应用带来前所未有的功率密度。

“我们在2013年展示了一个工作二极管，目前正在与洛克希德马丁公司一起部署技术...... 这包括与我们在F-35平台上的基于金刚石的电子和光学设备的共同努力，”汗强调说。

在性能方面，Khan说他的金刚石半导体的功率密度超过GaN和SiC，超过40W/mm，而载流子迁移率达到数百cm2/Vs。专利细节表明，单片集成金刚石半导体具有在300K下迁移率超过770cm2/Vs的传导电子。“我们知道它的切换速度非常快，”Khan说。

Khan还认为他的器件每美元/cm2比GaN和SiC等同级产品更便宜。”我们只使用非常薄的金刚石层——刚好够活性层使用，”他说，“那么衬底成本只是硅——比氮化镓和碳化硅便宜。”

那么现在 Akhan Semiconductor 及其金刚石电子产品呢？该公司历来为航空航天和国防应用提供材料，但现在正准备将产品推向汽车应用领域。

“自2012年以来，我们一直专注于此……我们已准备好开始授权我们的第一项技术，包括电源逆变器，并将在2021年之前将它们推向汽车市场，”Khan说。“一旦汽车方面的收入出现了，我认为消费电子产品将是下一个。”

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