Diamond Foundry：全球首片 200 毫米单晶金刚石圆片问世

2026 年 11 月 5 日，Diamond Foundry 在宁波举行的 CarbonSemi 2026 上以视频主题演讲的形式，发布了全球首片直径 200 毫米的单晶金刚石（single-crystal diamond，SCD）圆片。这是继 100 毫米样片之后的又一次尺寸跃迁：直径翻倍，面积变为原来的四倍。

CEO Martin Roscheisen 给出的定义很直接：“单晶金刚石已经进入晶圆级时代。”

官方照片里的这片金刚石没有经过任何抛光，是生长完成后的原始状态。它的价值不在 “好看”，而在尺寸本身：200 毫米是功率器件、模拟芯片产线仍在沿用的主流晶圆尺寸（先进逻辑制程则已走到 300 毫米），这意味着金刚石第一次有机会直接放进现有产线的工位，而不是停留在实验室的载物台上。

01困住金刚石三十年的，是尺寸而不是性能

半导体产业的历史，本身就是晶圆不断做大的历史：硅片从 2 英寸走到 12 英寸，单片可切出的芯片数量成倍增长，单位成本被摊薄，设备与工艺也在这个尺寸上沉淀下来。金刚石走的是另一条路，天然金刚石受地质条件限制，常规培育金刚石又长期停留在较小的晶体尺寸。性能早就够用，尺寸一直不够。

这就是为什么 “200 毫米” 这条新闻的分量，要远大于 “又长出一块更大的金刚石”。它把金刚石从 “宝石” 的计量单位（克拉）拉进了 “工业衬底” 的计量单位（片）。

02必须单晶：晶界是导热性能最大的损耗来源

多晶金刚石其实不难做，大面积沉积相对成熟、成本也低，但多晶体内布满晶界。金刚石靠声子导热，声子在晶界处被散射，导热能力迅速下降。单晶没有晶界，是一整片连续的原子点阵，这才同时保住了两个看似矛盾的属性：极高的导热，和极高的电阻。

2000 W/(m・K) 约是铜的五倍，5.5 eV 的禁带宽度则让它接近理想绝缘体。把最会导热的材料和最不导电的材料做进同一块东西里，这正是 AI 芯片和功率器件最想要的那种组合。

这项突破不是从 Diamond Foundry 开始的。Stefan Gsell 和 Martin Fischer 为 “可规模化制造的高质量单晶金刚石” 这个问题工作了 25 年；2022 年，两人随 Diamond Foundry 收购 Augsburg Diamond Technology（Audiatec）一并加入，晶体生长经验才与反应腔技术、制造能力拼到一起。

技术路线是 CVD 同质外延：含碳气体在受控等离子体中分解，碳原子在籽晶表面按严格的原子序沉积。要做到 200 毫米直径不间断生长，需要在等离子体物理、生长化学、反应腔结构设计、晶体工程、热管理、量测与自动化等方向同步推进，缺一环就停在原地。

Roscheisen 的表述是：“这是曾经看起来几乎不可能实现的里程碑。数百名工程师、科学家和技术人员参与其中，是十多年里无数次实验、失败、发明、改造设备与积累认知的总和。”

“Stefan 和 Martin 为这个目标坚持了 25 年。技术史上很少有人能以这种程度的毅力咬住一个如此艰巨的科学难题。当时的主流判断是，单晶金刚石根本不可能做到这个尺寸，但他们没有停。今天，坚持变成了全球第一片 D200mm 单晶金刚石。更关键的是，它让 D300mm 也变得可预期。”

03它怎么装进芯片里

Diamond Foundry 给出的方案并不是 “用金刚石替换硅”，而是 “把硅减薄，再垫到金刚石上”：

• 传统结构：有源硅约 0.05 µm ＋ 衬底硅约 800 µm ＋ 导热界面材料 ＋ 冷板SCD 结构：有源硅减薄至 5–30 µm，直接键合在 600 µm 厚的单晶金刚石衬底上

热量从有源区出来，几乎不必穿过那层厚硅，直接进入导热能力五倍于铜的材料，再在片内横向铺开。结果是热点被 “抹平”，而不是被 “顶着”。官方给出的两个上限指标是：功率上限提升最高 10 倍，寿命提升最高 10 倍。

热点是当下 AI 芯片真正的天花板。现代 AI 处理器把巨量功率压进微米级的硅片区域，局部热流密度可以远高于平均值 — 哪怕整片芯片的 “平均温度” 看上去还不错，里面总有一小块地方在烧。训练卡和推理卡都有这个问题，只是程度不同。

再往前一步是微通道方案：既然金刚石已经是衬底，直接在衬底里刻出冷却流道，等于把 “导热” 和 “液冷” 合并进同一个零件，省掉一层界面热阻。

04需要冷静的部分：一片没抛光的圆片，还不是一片晶圆

必须说清楚：目前公开的是一片 “长出来的” 金刚石，不是一片 “能进产线” 的晶圆。

未抛光。

1.  芯片级衬底要求表面粗糙度控制在 Ra < 1 nm 量级，还要同时管住翘曲、平整度与全片均匀性。

后道工序链条很长。

1.  切割、研磨、抛光、清洗、检测，每一步都会流失良率，而大尺寸单晶的加工难度随直径上升而上升。

关键数据未公布。

1.  良率、成本、缺陷密度三项官方均未披露，商业化 200 毫米晶圆的量产时间表也没有给出。

与硅工艺的整合仍在解题。

1.  金刚石与硅的热膨胀系数差异明显，大面积键合容易引入应力与界面空洞；金刚石的可控掺杂（n 型尤其困难）至今仍是行业级难题。

成本是最现实的关口。

 硅片按 “元 / 片” 计价，金刚石衬底按 “美元 / 片” 甚至更高计价。规模化的账还没有被真正算过一遍。

换句话说，D200mm 证明的是 “长得出”，还没有证明 “用得起”。We are the FrontierPCNEWS.RU

05下一站：D300 与 2030

Diamond Foundry 的路线图把 D300mm 标注为 “2030 年之前可实现”。300 毫米正是当前先进逻辑制程的主力尺寸，这一步走通，金刚石才真正具备与主流产线对话的资格。

产能侧同步推进：公司正在西班牙建设一个投资 27.7 亿美元的工厂，背后有《欧洲芯片法案》支持。把单晶金刚石从 “以克拉计量的宝石” 变成 “以片计量的工业衬底”，是这家 2012 年成立的美国公司公开宣称的路线。值得一提的是，其芯片尺寸（ASML 光罩极限尺寸 26×33 mm）的 SCD 衬底目前已可批量供货 —— 这比 200 毫米圆片更接近落地。

金刚石被讨论了三十年，卡点从来不是性能，而是尺寸与成本。200 毫米单晶的出现，第一次把 “尺寸” 这一项从 “不可能” 挪到了 “工程问题” 的清单上。对产业来说，真正值得关注的不是这片圆片的照片，而是接下来两组数字：200 毫米成品的良率与缺陷数据何时公布，西班牙工厂的实际产能爬坡能否走通。在这两组数字出现之前，金刚石散热仍然是一个方向确定、但节奏未知的故事。