人們都說鑽石是女人最好的朋友，但它可能很快也會變成半導體產業最好的朋友！一家美國新創公司Akhan Semiconductor打算要透過從美國能源部旗下阿岡國家實驗室(Argonne National Laboratory)授權鑽石半導體製程來實現以上目標。

業界已知鑽石半導體能支援更高速度、更低功耗，而且比矽材料厚度更薄、重量更輕，不過Akhan Semiconductor是第一家有機會實際了解其特性的公司；該公司在美國伊利諾州Gurnee有一座8吋晶圓廠，預期將會在2017年的國際消費性電子展(CES)上，發表應用於某款消費性電子產品的鑽石半導體IC。

阿岡國家實驗室在2000年以前，曾使用化學氣相沉積(CVD)技術進行實驗，並獨立出一家公司Advanced Diamond Technologies，與MEMS代工業者Innovative Micro Technology合作生產鑽石MEMS，並激勵鑽石晶圓專家如SP3 Diamond Technologies打造能沉積出完美結晶(crystalline)鑽石的CVD設備。

儘管到目前為止，鑽石最成功的領域還是在珠寶、研磨以及人造鑽石等其他工業用途；阿岡國家實驗室仍繼續尋找讓鑽石──是天然的絕緣體──進駐半導體的方法，以及能鋪設到所有鑽石晶片的導線，期望能讓鑽石半導體成真。以下影片是Akhan Semiconductor創辦人暨執行長Adam Kahn敘述根據他自己的名字命名的公司之鑽石半導體願景：

到目前為止，鑽石半導體商業化的最大障礙，是製造p型電晶體很容易，但製造n型電晶體很困難；這個問題已經被Kahn解決。他將Akhan Semiconductor的製程命名為Miraj鑽石平台，可實現同時具備p型與n型元件的鑽石CMOS技術；而該公司也期望能推出全球首款相容CMOS製程的鑽石半導體。

Kahn接受EE Times美國版編輯專訪時表示：「我們最近已經證實了相容CMOS的鑽石半導體──同時擁有p型與n型元件；我們成功製作了鑽石PIN [是p型-本質(intrinsic)、未摻雜(undoped)-n型接面(juction)的縮寫]二極體，其性能是矽的百萬倍，而且薄一千倍。」

其背後奧秘是在p型元件中共同植入磷(phosphorous)，然後在n型元件中共同摻雜鋇(barium)與鋰(lithium)，如此能實現兩種元件性能相當的可調式電子元件，並催生鑽石CMOS；Akhan Semiconductor的第一款展示元件是鑽石PIN二極體，達到了破紀錄的500奈米厚度。能達到如此成果的原因，是鑽石這種材料具備超寬能隙(band-gap)，甚至超越碳化矽與氮化鎵。」

Akhan Semiconductor製作的矽晶圓上鑽石(diamond on silicon)樣本

「熱分析結果顯示，在我們的PIN上沒有熱點(hot spots)，所以沒有像是矽PIN二極體那樣的寄生損耗(parasitic losses)；」Khan並展示了利用鑽石超低電阻特性實現的100GHz元件，能沉積在矽、玻璃、藍寶石或是金屬基板上。這種高速度可能讓處理器大戰重新開打──在十年前其速度已經停滯在5GHz。

還記得在很多年前，每一代新處理器的時脈速度都會更高一級；5GHz對於矽材料來說是極限，因為該種材料的高耗電量以及高發熱溫度會把元件給融化；而Kahn表示，鑽石的導熱性能是矽的二十二倍、銅的五倍。

Akhan Semiconductor的終極目標是讓處理器競賽重啟，讓其時脈速度能繼續加快，但到目前為止他們專注於工業用電源元件、軍事應用可調光學元件，以及利用鑽石做為絕緣體與半導體的光學行動消費性應用；但是仍需要用到氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)做為觸點。

Kahn表示，他們尚未開發行動與消費性應用平台，但現在主要應用是需要更加散熱效率的電力電子元件，就像矽元件那樣運作──利用相同的微影、蝕刻與金屬化步驟，只添加鑽石沉積步驟。而該公司的終極目標，打造巨量資料處理應用的超高散熱處理器；事實上，鑽石CMOS的高速度不需要付出高溫的代價，也就是說，對資料中心來說，鑽石處理器的發熱能比同樣5GHz速度的矽處理器大幅降低，甚至耗電量與矽差不多，速度還能進一步升高到次THz。

除了能解決目前資料中心遭遇的最大問題──散熱，鑽石的省電效益正是未來所需的特性；Kahn並指出，鑽石能沉積在玻璃或藍寶石玻璃基板上，製作成完全透明的電子元件，實現透明手機等新一代消費性電子產品。

根據Kahn的說法，摩爾定律(Moore's Law)的壽命也將再度進一步擴展，因為該公司的100GHz展示晶片是採用100奈米製程節點，意味著鑽石在遭遇矽將於2025年面臨的單原子等級之前，還可以乎有12代的製程微縮。

配備鑽石散熱片的電路板樣本(晶片可以直接放在散熱片上)

「我們目前正專注於以12吋晶圓製作電源應用元件，期望能在大量生產以後降低製造成本；」Kahn表示：「我們的電源元件已經在晶圓廠進入試產階段，但公司的經營是採取輕晶圓廠模式，也就是我們自己只少量生產，在大量生產時就將製程轉移至委託的晶圓代工廠。」

除了電源元件，Akhan Semiconductor也有一些嘗試鑽石MEMS元件的新客戶，要打造高階智慧型手機動態調諧天線使用的電容式開關陣列。接下來，除了手機與資料中心處理器，該公司打算進軍量子電腦領域，但不是採用氮空位(nitrogen vacancy)技術，而是目前視為商業機密的獨門摻雜技術。

編譯：Judith Cheng

(參考原文： Diamond ICs May Finally Debut，by R. Colin Johnson)

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