金刚石半导体，日本又一重要突破！

近日，日本株式会社Power Diamond Systems（以下简称“PDS”）宣布，已用金刚石MOSFET在6.78MHz频率下跑通E类放大器电路，实现电力转换。

一、金刚石MOSFET的难点：掺杂难，界面更难

金刚石MOSFET的制造难点首先在掺杂：金刚石晶格极硬，替位掺杂原子激活能很高，室温下掺进去的硼、磷大多不贡献载流子，p型勉强可用、n型长期空白，直到2025年4月日本NIMS才做出全球首个n沟道金刚石MOSFET。

由于体掺杂长期受限，主流路线选择绕开体掺杂，改在表面“借”电。：氢终端使电子亲和势为负，表面几纳米自然聚起一层空穴，即二维空穴气（2DHG），形成导电通道；但氢终端怕热、易氧化成电子陷阱。PDS改用氧化硅终端（C–Si–O），2023年在IEDM做出常关型器件，守住功率电路的安全底线。因此，金刚石MOSFET本质上是“在金刚石表面借一层空穴来导电”的开关，其瓶颈不在体材料，而在金刚石与外界接触的界面层。对高频应用而言，界面陷阱会拖慢开关速度、增加损耗，寄生参数则会限制高频增益和效率；因此此前一直有人怀疑，金刚石MOSFET可能难以在兆赫兹频段工作。

从器件工程角度看，PDS此次6.78 MHz的结果，正是对这一怀疑的实验回答：金刚石MOSFET的寄生参数和界面陷阱，是否严重到使其无法在兆赫兹频段工作。

二、6.78 MHz的意义：兆赫兹频段不是禁区

据PDS介绍，这一工作频率较此前公开报道的金刚石功率转换器件提高10倍以上；PDS称，这是全球首个用金刚石半导体实现的电源转换电路，目标场景直指无人机无线供电和“物理AI”。

从PDS公开的器件进展看，此次6.78 MHz并非孤立节点，而是一条连续推进的路径：2026年3月，《Applied Physics Express》刊出多指场板结构，单颗器件同时做到550 V击穿电压和0.82 A漏极电流，并在同一器件上完成200 V/1 A开关，上升56 ns、下降15 ns；2026年5月，在IEEE APEC发表全球首个金刚石降压变换器，用2DHG器件与硅MOSFET级联实现常关，48 V输入、200–400 kHz连续运行、效率超过90%；此次6.78 MHz结果则进一步把工作频率推高。

其意义不止于频率数字，更在于用电路实验说明：金刚石MOSFET的寄生参数和界面陷阱，尚未严重到让其在兆赫兹频段完全无法工作。对于仍处在工程验证早期的金刚石功率器件而言，这是从“材料与单管指标”走向“电路可用性”的一步。

三、全球格局：日本链条较完整，欧美强在材料与大晶圆

从全球技术格局来看，日本在金刚石半导体领域已经形成较为完整的研究和产业探索体系。材料、晶圆、器件以及应用验证多个环节均有机构参与。

材料与晶圆端：Orbray（2021年9月与佐贺大学做出超高纯2英寸单晶，2026年6月又与Element Six确认3英寸可重复工艺）、住友电工。

器件端：Orbray（2023年5月与丰田集团旗下Mirise Technologies签署合作，共同开发车载金刚石功率器件）、佐贺大学、AIST、NIMS、三菱电机、金泽大学。

电路与应用验证：佐贺大学和JAXA用金刚石半导体器件成功实现了对120 GHz高频信号的放大。

量产与装备：大熊金刚石器件（ODD）在福岛县建设金刚石半导体量产工厂；JTEC做大尺寸单晶衬底的等离子体抛光。

而欧美优势主要集中在材料和大尺寸晶圆。Diamond Foundry用异质外延在铱衬底上做出100 mm单晶金刚石晶圆，并在西班牙建量产工厂；Element Six是De Beers旗下老牌CVD金刚石龙头，多晶可做到140 mm；法国Diamfab专攻外延与掺杂；此外还有美国Akhan、Great Lakes Crystal。

相比日本已形成较为完整的技术链条，我国在金刚石半导体领域仍处于由材料优势向器件技术延伸的阶段。器件研发层面，国内金刚石半导体仍以科研机构主导。

中电科十三所冯志红、蔚翠团队做出常关型金刚石MOSFET，用SiO₂/Al₂O₃复合栅介质，1 GHz下输出功率密度2.2 W/mm。

中国科大把金刚石推到集成电路层面，做出GaN/金刚石CMOS功率电路，p-FET电流密度1900 A/cm²、功率密度10.34 MW/cm²。

西安交大王宏兴团队系统研究硼掺杂单晶金刚石环栅MOSFET，室温0.30 mA/mm、200 ℃下提升到7.95 mA/mm。

郑州大学单崇新团队厘清H-diamond MOSFET的陷阱行为。

西安电子科技大学、哈尔滨工业大学、中科院金属所也各有新结构。

值得一提的是，中电科十三所首席科学家冯志红、Diamond Foundry首席执行官Martin Roscheisen将参与2026（第六届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛，并带来报告。

整体来看，金刚石功率半导体仍处在从材料突破向器件工程化过渡的关键阶段。过去十多年中，相关研究主要集中在晶体生长、掺杂控制以及基础器件结构验证；随着器件耐压、电流能力以及开关性能逐步得到验证，金刚石MOSFET等功率器件正开始进入更接近实际应用条件的实验阶段。

与此同时，晶圆尺寸、缺陷密度、器件制造工艺以及成本控制仍然是制约其进一步发展的关键因素。随着晶圆制备技术、加工装备以及器件结构持续演进，金刚石半导体相关研究正在逐步从实验室走向工程验证阶段，其未来发展也将取决于材料制造能力与器件工艺体系能否实现同步突破。