据《日本经济新闻》9月11日报道，为了早日实现商用，下一代半导体“金刚石半导体”的研发正在提速。日本的初创企业已经让这种半导体实现了全球最高水平的输出功率，曾经面临较高技术门槛的晶圆大型化课题也取得进展。“金刚石半导体”在电动汽车、航天产业、核电站报废等领域备受期待。

金刚石半导体是使用由含碳的甲烷气体和氢气生产的“合成金刚石”制成的半导体。金刚石具有极高的绝缘击穿电场强度、高耐压性的“带隙”和导热率，因其优异的材料特性而被称为“终极半导体材料”。

尤其值得期待的是合成金刚石有望成为控制大量电力的功率半导体原材料。与目前主流的半导体原材料硅相比，金刚石具有高电压耐受性，承压能力比前者高出33倍，能够在高温环境下工作，理论上可实现电力效率优于硅制产品5万倍的功率半导体。

碳化硅和氮化镓作为下一代功率半导体同样备受瞩目，但金刚石的性能要高出它们一个数量级。Variga品质因数是由电子迁移率、介电常数和介电击穿强度等物理特性决定的值，据称金刚石半导体的Variga品质因数是碳化硅的80倍以上、氮化镓的10倍以上。Variga品质因数越高意味着它可以承受大电流并显著降低功率损耗。

将金刚石半导体广泛用于需要稳定供给大量电力的电动汽车、空中飞车、发电设施等领域的讨论正在进行中。此外，由于其具备的耐高温、耐辐射等特性，还有望在核电、航天等领域大显身手。

金刚石作为一种半导体元件，相关的研发工作已经持续了30多年，但由于金刚石是一种极其坚硬的材料，对其进行精密抛光和加工以制成电子器件极其困难，而且长时间使用还可能导致其品质劣化。尤其是在基板大型化方面还面临很高的门槛，从费用角度衡量，走向实际应用的过程并不顺利。不过随着近几年在研究方面取得的进展，在2025到2030年实现商用也已经有迹可循。

日本各地都在推动相关的研究，步伐快于海外。2023年，佐贺大学的研究团队成功开发出全球首个嵌入金刚石半导体的功率电子电路。2023年底，该团队宣布将与日本宇宙航空研究开发机构合作开发用于空间通信的金刚石半导体高频功率器件。

2023年底，早稻田大学的初创企业高功率金刚石系统公司开发出一种以金刚石为原材料的功率元件。以往的产品电流不可能超过5安培，但现在已经达到了6.8安培，这是世界最高水平。按计划，该公司将在几年内出大货，2024年5月这款元件已经被新能源产业技术综合开发机构(NEDO)选定为政府补贴项目。

大熊金刚石元件公司也计划于2026财年在福岛县开建一家用于生产金刚石半导体元件的工厂。

半导体行业需要展现出更高的技术实力。如果未来金刚石半导体得到广泛应用，确保高品质合成金刚石的稳定供货也将变得非常重要。目前世界流通的大多数合成金刚石都是在印度和中国制造的，但合成金刚石批发商Pure Diamond公司董事长伊藤拓也表示：“合成金刚石的生产依赖的不是机器设备，而是企业的技术实力。”

每家企业都会定制自己的生产设备并使用自己独特的配方，因此质量和规格差异很大。最近，韩国的企业也在研发用更短的时间生产合成金刚石的技术，“终极半导体材料”的技术竞争日趋激烈。（编译/刘林）