金剛石作為一種“終極半導(dǎo)體材料”，在力、熱、聲、光、電等方面都具有十分優(yōu)異的性能，如超寬禁帶、高載流子遷移率、超高熱導(dǎo)率、高擊穿電場等，在高溫、高效、超高頻、超大功率半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，從而成為新一代半導(dǎo)體芯片材料，會極大地推動5G/6G通信、微波/毫米波集成電路、探測與傳感等領(lǐng)域的快速發(fā)展。金剛石的常見晶面取向有（100）、（110）和（111），其中（100）面金剛石由于其生長速率快、晶體缺陷低從而被廣泛研究。此外，（111）面的金剛石摻雜效率更高、表面懸掛鍵密度更大，也展示出了氫終端金剛石電子器件的巨大潛力。同時(shí)由于金剛石具有超高的熱導(dǎo)率（22 W/cm·K），可作為高質(zhì)量GaN材料外延襯底，有效地改善基于GaN基高功率電子器件性能，解決高電子遷移率的自熱效應(yīng)，從而增強(qiáng)器件的輸出功率、可靠性以及延長其壽命。

       西安交大王宏興教授研究團(tuán)隊(duì)采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）技術(shù)，歷經(jīng)10年潛心研發(fā)，獨(dú)立自主開發(fā)了2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底，并成功實(shí)現(xiàn)批量化（圖1）。通過對成膜均勻性、溫場、流場及工藝參數(shù)的有效調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了襯底表面臺階流（step-flow）生長模式，提高了異質(zhì)外延單晶金剛石成品率與晶體質(zhì)量。XRD（004）、（311）搖擺曲線半峰寬分別小于91弧秒和111弧秒，這一創(chuàng)新成果標(biāo)志著我國在金剛石超寬禁帶半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的研究已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為金剛石的半導(dǎo)體應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該成果入選了2024年度中國第三代半導(dǎo)體十大進(jìn)展（圖2）。

       近期，該團(tuán)隊(duì)首次在Ir（111）/藍(lán)寶石異質(zhì)襯底上實(shí)現(xiàn)了單晶金剛石（111）面的外延生長，并成功研制了尺寸為20×20×0.5 mm3（1英寸）的（111）取向異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底。SEM、XRD、EBSD（圖3）等材料特性表征證明金剛石（111）具有良好的晶體特征，材料質(zhì)量達(dá)到世界領(lǐng)先水平，將為高質(zhì)量GaN外延奠定良好的襯底基礎(chǔ)，推動高功率密度金剛石基GaN基射頻電子器件的發(fā)展。

       西安交通大學(xué)寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件研究中心于2013年建立，實(shí)驗(yàn)室主任為王宏興教授，經(jīng)過近10年的發(fā)展，已形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的金剛石半導(dǎo)體外延設(shè)備研發(fā)、單晶/多晶襯底生長、電子器件研制等系列技術(shù)，已獲授權(quán)48項(xiàng)專利，與國內(nèi)相關(guān)大型通信公司、中國電科等科研院所開展了金剛石半導(dǎo)體材料與器件的廣泛合作，促進(jìn)了金剛石射頻功率器件、電力電子器件、MEMS等器件的實(shí)用性發(fā)展。