日本佐贺大学将“金刚石半导体”投入实际应用

【DT半导体】获悉，随着人工智能（AI）技术的爆发式增长，全球对高算力设备的需求激增，但随之而来的高能耗问题也日益严峻。近日，日本伊藤忠技术解决方案株式会社（CTC）与佐贺大学近期宣布合作，旨在加速“金刚石半导体”技术的实用化进程。这一合作不仅标志着半导体材料领域的技术跃迁，更可能为电力供应链的高效化与低碳化提供关键解决方案。

金刚石半导体的技术优势

金刚石被誉为“终极半导体材料”，其超宽禁带（5.45eV）、超高热导率（2000W/m·K）、高载流子迁移率（硅的3倍）及耐高压、抗辐射等特性，使其在功率密度、散热效率及能源损耗控制上远超传统硅基及第三代半导体（如碳化硅SiC、氮化镓GaN）。例如，佐贺大学嘉数诚教授团队研发的金刚石功率半导体器件，在1平方厘米面积上实现了875兆瓦的输出功率，电力损耗仅为硅基产品的五万分之一，且连续运行190小时无劣化，展现了其在极端环境下的稳定性。

此外，金刚石的热管理能力尤为突出。以数据中心为例，当前高功率芯片的散热依赖氮化铝或铜基材料，而金刚石的热导率是铜的5倍，可显著降低设备温度，延长使用寿命，同时减少冷却系统的能耗。这一特性对AI服务器等高密度电子设备至关重要。

CTC与佐贺大学的合作：从实验室到量产的跨越

佐贺大学在金刚石半导体领域已积累了多项核心技术。（1）2023年，其团队成功开发了全球首个金刚石功率器件，并与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）合作研发出适用于太空通信的高频元件。（2）佐贺大学的研究团队通过向金刚石基板吹送二氧化氮气体并使用氧化铝膜进行保护，成功制造出高性能的金刚石半导体器件。这些器件在高温和高电压环境下表现出色，具有低能耗和长寿命的特点。（3）佐贺大学的研究不仅在学术界引起广泛关注，还推动了金刚石半导体的商业化进程。与Orbray等企业合作，佐贺大学致力于解决金刚石半导体在制造过程中的技术难题，如掺杂和钝化技术，以实现其在电动汽车、卫星通信等领域的实际应用。

此次CTC的加入，将重点推动技术标准化与量产体系建设。合作的另一核心目标是降低电力供应链的能源损耗。AI服务器的电力需求呈指数级增长，而传统半导体在电能转换中的损耗高达20%。金刚石半导体可将这一损耗降至极低水平，同时减少发热，从而提升整体能源效率。

可以预见，CTC与佐贺大学的合作将加速金刚石半导体从实验室迈向市场。随着技术成熟与成本下降，这一“终极材料”有望在2030年前后重塑半导体产业格局，成为全球能源转型的关键推手。

日本产学研合作案例

VLSI项目：日本超大规模集成电路（VLSI）项目是官产学研合作的典范。该项目由日本通产省组织实施，联合东芝、三菱电机、日立、富士通和NEC等五家日本最具研发实力的公司共同设立，预算总额为28.1亿美元，其中政府资金占50%。该项目不仅推动了日本半导体产业的发展，还产生了1000多项专利，促进了本土半导体产业的崛起。

信州大学的碳纳米管技术：信州大学通过与企业的合作，成功将碳纳米管技术进行产业化，实现了显著的经济效益。

这些案例展示了日本在产学研合作方面的成功经验，包括高校与企业的紧密合作以及创新机制的建立。