华新社哈尔滨（记者 邹志华）走进哈尔滨工业大学实验室，多台沉积设备同步运行，一边生产珠宝钻石，一边制备半导体级金刚石。两块外观相似的晶体，生产标准完全不同。一场博士集体婚礼，让哈工大培育钻石意外成为互联网热议话题。这是学校为青年科研新人准备的温馨礼物。“前年30分，去年50分，今年1克拉。”哈尔滨工业大学航天学院教授、博士生导师朱嘉琦笑着告诉香港文汇报记者，“尺寸、纯度、均匀度，每一年都在跨越。”
这份校园浪漫的背后，是朱嘉琦团队十余载攻坚人造金刚石的缩影。他带领团队突破一系列关键核心技术，攻克大尺寸金刚石晶体生长技术，研制成套自主装备，实现全链条自主可控，啃下高端芯片散热的“卡脖子”难题。在技术突破的带动下，国产金刚石彻底跳出“磨料、首饰”的低端定位，参与竞逐半导体散热、特种光学、精密探测等高价值赛道。
站在团队自研的大功率微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）装备前，朱嘉琦逐项调试生长参数。真空腔体内等离子体光晕稳定闪烁，碳原子逐层析出，慢慢“长出”晶圆级单晶金刚石。传统高温高压工艺只能产出小颗粒金刚石，多用于磨具、磨料。“磨料生意回款快，很少企业愿意耗时十年攻坚高端材料。”朱嘉琦团队2013年提前布局MPCVD路线，历经十余年反复试验，如今实现金刚石复合材料稳定量产。
占全球九成产能 却处产业链底端
“过去几十年，我们是世界最大人造金刚石生产国，但一直处在产业链底端。”朱嘉琦直言。全球近九成金刚石产能集中在中国，但长期以微粉、金刚石线、切割耗材为主。门槛低、竞争激烈，多数企业只求稳现金流，不愿投入长期技术攻坚。
行业真正的转折点，来自第三代半导体与AI算力产业爆发。芯片功率越来越大，散热瓶颈越来越突出，传统材料已经顶不住高端制造需求。金刚石材料热胀冷缩幅度，和碳化硅、氮化镓这类第三代半导体高度匹配。做成基板可以快速带走芯片热量，让器件长时间稳定满负荷运转。海外巨头英伟达，已经把金刚石复合散热定为下一代显卡的核心方案，而这套制备技术，此前长期被国外把持。
“产业风口变了。”朱嘉琦告诉香港文汇报记者，“低端耗材不缺人做，电子级、大尺寸，才是卡脖子的关键。”
超高导热 破芯片散热难点
走入芯片测试展区，两块散热样板，把行业痛点直观摆在眼前。普通纯铜散热片导热能力平平，很难快速散出高热；金刚石铜复合基板、纯金刚石基板散热能力成倍跃升，散热效率拉开巨大差距。
“如今AI服务器芯片功耗越来越大，普通铜片根本扛不住持续升温。芯片一过热，算力立刻被强制降速，海内外厂商都在四处寻找新一代散热材料。”朱嘉琦手拿样品，道出全行业共同面对的难题。
核心设备必须攥在自己手里
“国内外都能造出8英寸碳化硅衬底，大尺寸金刚石晶圆曾是我们的短板。”朱嘉琦团队自研设备稳定产出8英寸金刚石，精准匹配新一代半导体制造标准。行业预测未来将新增万台沉积设备需求。朱嘉琦表示，五千台设备的市场空间，就能带动产业化企业实现跨越式发展，“科研最终要落地创造产业价值。”
十余年前，海外对中国禁运高端MPCVD设备，核心装备、核心工艺全部封锁，意图锁死中国高端金刚石发展路径。封锁倒逼突破，朱嘉琦团队从零起步，自主攻关整套MPCVD装备技术。“别人不卖，我们就自己造。”朱嘉琦表示，“材料强国，核心设备必须攥在自己手里。”
哈工大金刚石实验室，这里是国产大尺寸金刚石的制造车间。天然钻石需要在地底亿万年沉淀成型，而这间百余平方米实验室里，仅需数天就能培育出珠宝级、晶圆级金刚石，核心突破口就在朱嘉琦团队自主研发的MPCVD设备。这套完全摆脱进口依赖的国产设备，攻克了大尺寸晶体生长均匀性难题，稳定支撑大尺寸金刚石晶圆批量制备。
金刚石功能材料迎来广阔蓝海
实验操作台整齐摆放着指甲盖大小的金刚石籽晶，博士生佩戴防静电手套，小心将籽晶放置在样品台，腔体达到真空后通入甲烷、氢气混合反应气体。朱嘉琦现场讲解，混合气体就是钻石生长的“营养液”，大功率微波激发气体形成等离子体，解离出的碳原子在籽晶表面有序堆叠，每小时晶体厚度可增长数十微米。
目前，团队自研核心设备已实现自主可控，关键技术严格管控，形成稳固国产技术护城河。“MPCVD技术路线最大的优势，就是能‘长出’大尺寸、高纯度金刚石。”科研人员反复优化金刚石表面金属化工艺，大幅减小热量传导阻力，顺利打通金刚石与铜牢固复合的技术难关。
朱嘉琦十分看好这条新赛道。今年芯片散热市场迎来爆发，短短半年产业规模急速扩张，资本市场也给出热烈反馈，多家超硬材料上市企业股价年内实现翻番，金刚石功能材料正迎来广阔蓝海。
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