港大創新鑽石薄膜技術　低成本高效推動半導體進步

近年香港積極發展第三代半導體，也就是所謂功率半導體，功率半導體之中以碳化矽 (SiC)最為重要，原因是SiC是高效能、寬能隙（WBG）材料，具有高耐壓、耐高溫、低開關損耗與高功率密度特性。

相比傳統矽（Si）元件，SiC能顯著提升效率並縮小電動車、太陽能逆變器與高壓充電系統的體積。香港科技園元朗微電子中心（MEC）以研發第三代半導體中試線為主，杰平方半導體（JetCool）就設立全港首家的第三代半導體（碳化硅 SiC）晶圓廠。

在半導體產業中，鑽石因其優異性能被視為一種前景廣闊的高性能半導體材料，但其商業化應用一直受到成本和規模化的制約。近日，香港大學工程學院的研究團隊成功開發出一項名為「邊緣暴露剝離」（Edge-Exposed Peeling）的創新技術，不僅大幅降低了鑽石薄膜的生產成本，還實現了工業級的大規模應用。這一突破為量子技術、高功率電子及光電子學等領域提供了新的發展方向。

從實驗室走向市場 港大革命性鑽石薄膜突破行業痛點

SiC 是第三代半導體主力，耐高壓高溫；但是鑽石被以為是為「終極半導體」，耐壓與熱傳導率為 SiC 的 4-5 倍，應用於高功率與 AI 晶片散熱。 由於帶隙越大，在高溫下工作越穩定，高電壓更下不易擊穿。在擊穿電場強度上，鑽石比SiC高達數倍以上，能承受更極端的電壓環境。散熱性能更顯鑽石優勢，熱導率遠超 SiC，散熱能力極佳。

該技術由電機及電子工程學系褚智勤副教授與機械工程系林原教授領銜的團隊共同完成。憑藉這項技術，他們的研究成果已發表於國際頂尖學術期刊《自然》（Nature），並榮獲德國跨界基金會頒發的2025年度「科學突破獎」和日內瓦國際發明展金獎。這一成就標誌著鑽石從實驗室走向市場的關鍵一步，為半導體行業帶來了顛覆性變革。隨著全球對高性能材料需求的增長，這項技術有望重塑市場競爭格局，挑戰傳統矽基材料的主導地位。

全球第三代半導體需求急劇增長，科學界一直研究以鑽石作為替代品。香港大學（港大）宣佈成功將鑽石進一步從實驗室推向商業應用。港大工程學院團隊開發「邊緣暴露剝離」技術，不僅將生產成本降至千分之一，更實現了工業級的大規模製造，為鑽石在電子科技發展揭開了全新篇章。

這項技術的關鍵在於其創新性的生產方式。據港大電機及電子工程學系褚智勤副教授與機械工程系林原教授帶領的研究團隊介紹，他們只需10秒即可製作出一片2英寸大小的鑽石晶圓（相當於約5厘米直徑）。其表面更達到原子級超平整標準。較傳統方法大幅降低成本並提升了效率，為鑽石在高功率電子、量子技術、先進射頻系統及光電子學等領域，提供了廣闊的應用前景。

同時，技術成功解決了業界長期面臨的兩個主要挑戰：高昂成本與有限的生產規模。研究指出，傳統合成鑽石薄膜的方法不僅價格昂貴，還受限於尺寸和表面平整度，限制了其商業應用。然而，港大團隊通過「邊緣暴露剝離」技術，成功實現了兼具柔韌性和無瑕品質的鑽石薄膜生產，符合微納米級精密製造的要求。

利用「邊緣暴露剝離」技術邊緣暴露剝離，他們能夠在短短10秒內生產出2英寸大小的鑽石晶圓，而成本僅為傳統方法的千分之一。這種新型鑽石薄膜擁有原子級超平整表面原子級超平整表面和優異柔韌性，能夠滿足微納米級精密製造的需求。

褚智勤教授進一步介紹，團隊成立的初創公司鑽耐科思有限公司（DiamNEX（Ticker: DNEX, Exchange: 私募市場）公司專注於推動鑽石膜材料的研發、生產及商業化，旨在將這項技術推向市場。專注於鑽石薄膜技術的研發與產業化應用，目前已完成超過一千萬港元的天使輪融資，並正在加速布局市場。

他強調，這項技術的核心價值在於三大方面：一是將生產成本降至以往技術的千分之一；二是實現高速、穩定且易於擴展的工業化製程；三是確保產品擁有無瑕、柔韌且超平整的特性。

值得一提的是，這項研究成果不僅解決了技術瓶頸，還榮獲多項國際殊榮，包括由德國跨界基金會（Falling Walls Foundation）頒發的2025年度「科學突破獎」。該獎項旨在表彰全球最具影響力的科學創新成果，彰顯港大在材料科學領域的領先地位，並奪得了日內瓦國際發明展金獎，肯定了港大科研實力。這項技術的應用前景十分廣泛。例如，在量子計算領域，鑽石薄膜因其高導熱性和穩定性，可用作高效散熱材料，從而提升系統性能和穩定性；在射頻系統中，它則能提升信號傳輸效率。隨著全球對高性能半導體需求的不斷增長，這項技術憑藉其低成本、高效能的特性，有望在未來科技發展中發揮關鍵作用。

鑽石薄膜技術的三大核心優勢

1. 成本下降
   生產成本僅為傳統技術的千分之一，使鑽石從昂貴的實驗室材料轉變為可負擔的工業級組件。技術應用變得可行。

2. 高速可擴展製程
   製程快速穩定，易於擴展，已具備即時產業化的條件。

3. 無瑕柔韌特性
   所製造的鑽石薄膜無瑕疵、柔韌性佳，且表面極為平整，滿足高精度光電與半導體製程要求。

技術背景與應用前景

鑽石被譽為「終極半導體材料」，因其具備極高的導熱係數（即材料傳遞熱量的能力）和電荷遷移率（電子在材料中移動的速度），在高功率電子設備中表現出色。全球能源轉型，功率半導體的角色日益重要，這項技術在本港落地將有助本港重振半導體工業。

隨著全球半導體行業競爭加劇，港大的鑽石薄膜技術有望打破現有市場格局。目前，矽基材料仍佔據主導地位，但其性能已接近物理極限。相比之下，鑽石薄膜以其卓越的導熱性和穩定性，正吸引越來越多企業投入研發。Intel (Ticker: INTC, Exchange: NASDAQ) 和台積電 (Ticker: 2330, Exchange: TWSE) 已在探索類似技術，全球功率半導體由多家英飛淩等主導，日企 Orbray 開發KENZAN Diamond™ 是由鑽石基板，利用銥/藍寶石基材與微針成長法，實現高可靠性鑽石晶圓生長，突破異質磊晶裂紋限制，也適用於高功率半導體。其具備極高導熱性與電絕緣性，在電動車、高功率電子元件具應用潛力。此外，美國Diamond Foundry亦開發出具工業應用潛力的鑽石半導體。DiamNEX進入量產，並可成鼎足三立。

港大作為香港創新科技的先驅機構，近年來在人工智能、半導體技術等領域取得了多項突破性成果，持續推動本地及全球科技發展。此次突破不僅彰顯了其世界級的跨學科協作能力，也為本地乃至全球的半導體產業注入了新的活力。未來，這一技術有望應用於香港本地的智慧城市建設，例如提升數據中心的能源效率，或支持新一代智能交通系統的開發。