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【公司介绍】 郑州势垒科技有限公司位于郑州市航空港区，是一家致力于自主研发MPCVD设备及各种金刚石材料生产工艺的企业。依托在金刚石产业多年的深耕经验以及在半导体材料、设备方面的潜心研究，势垒科技所研发的设备，能够稳定的生产培育钻石毛坯、工业金刚石大单晶、平面多晶薄膜、曲面多晶薄膜等一系列金刚石材料，势垒科技的研发与产品迭代能力，已处于行业前茅。  【导语】 作为工业生产领域中的超硬材料，金刚石广泛应用于航空航天、国防军工、汽车、光伏、电子、新能源等行业，在先进制造业领域更是必不可少，被誉为“材料之王”，未来应用前景广阔。 近年来，金刚石产业发展驶入快车道，在国内人造钻石产业的布局不断加快、海外竞争不断加剧的现状下，一家金刚石企业该如何在浪潮追逐中拔得头筹？ 本期《Carbontech Magazine》人物访谈，我们特邀郑州势垒科技有限公司总经理许坤先生分享势垒科技如何从经验和理论出发，将稳定设备和精密设计相结合，以专业团队核心技术与细节把控为切入点，在培育钻石产业的千帆争渡中占据一席之地。 1 从“一颗钻”到“一条链” 金刚石由碳元素组成，晶莹夺目的外表使其被视为富贵的象征，坚硬耐磨的极端性能为其带来了广泛的工业用途。但天然金刚石生长周期漫长，产地集中，开采艰难，难以满足工业技术发展的需求，因而推动了一代又一代科学工作者对人造金刚石晶体生长的执着探索。 中国制造人造金刚石的工作始于上世纪60年代初。1960年10月，第一机械工业部开展了国家重点科研项目“121”课题。1963年12月6日，“121”课题组合成了中国第一颗人造金刚石，并因此荣获1978年全国科学大会奖。 为使人造金刚石的实验室成果尽快实现产业化，1965年4月，第一机械工业部正式下达了国家科委批复的“关于人造金刚石中间试验计划任务”，要求由郑州磨料磨具磨削研究所（下文简称“三磨所”）总负责，济南铸造锻压机械研究所负责研究制造符合金刚石合成条件的六面顶专用液压机，并在三磨所建成中间试验基地。 1965年，我国第一台6×6MN DS-023A型铰链式六面顶压机诞生。随着这台“功勋压机”的问世，中国制造的“工业牙齿”逐渐锋利了起来，也为河南乃至中国超硬材料产业的全球地位奠定了基础。 中国人造金刚石行业经历了从无到有、由弱变强的过程，已形成相对完整的产业体系，并逐步发展成为引领全球的民族产业。自2000年起，中国一直是全球金刚石单晶生产和消费大国，目前的产量占世界总产量的90%以上，生产技术和产品品质已达到世界先进水平，为我国及全球诸多高新技术的创新发展提供了强力支撑。 2 资深学者与超硬河南的一拍即合 “自求学以来，我的研究领域就是金刚石大单晶的MPCVD制备及其用于宝石、刀具等领域的生长工艺。”许坤先生说道。他将满腔赤诚尽数献给热爱的金刚石研究，经过十余年的苦心钻研，许坤先生对于投身金刚石行业的信念愈发坚定。“我始终认为金刚石大有可为，不论是作为切割工具、磨具、刀具，还是用以勘探采掘，人造金刚石的下游应用领域具有无限潜力。”许坤先生表示，金刚石的属性、性能和应用会使它大放异彩，这也正是研究价值所在。 确定了研究对象和研究领域，下一步就是寻找“沃土”进行“栽培”，并将结出的“果实”与市场连接。许坤先生将目光定位在了河南，“金刚石研究的最优发展之地是河南，那里不仅具备遥遥领先的产能优势和丰富强大的产业生态圈，而且也是金刚石领域未来产学研之地结合的不二之选，毕竟世界超硬材料看中国，中国超硬材料看河南。”在技术和人才的支持下，人造金刚石产业在河南“裂变”，不断向全国辐射，成为了全国超硬材料主要产区和产业研发中心，拥有较为集中和相对完善的产业链条，在全国乃至全球超硬材料产业中处于领先地位。 公司创立后，结合团队此前数十载的研究经验与成果，势垒科技将MPCVD设备和金刚石材料作为公司主营产品。许坤先生介绍道，“我们公司团队装配的MPCVD设备稳定性和生产的晶体质量都可以达到行业第一梯队水平。”目前，公司已完全完成了金刚石大单晶生产工艺的研发，势垒科技两大股东——广州星熠新材料和河南芯蕾材料都已经实现了金刚石大单晶的批量生产。值得一提的是，势垒科技在生产中十分注重环保，“目前工业金刚石颗粒使用高温高压法进行生产，不可避免会使用浓酸，产生浓酸废水、重金属离子废水、盐类固废和大气污染。我们希望在生产金刚石的同时能够遵循环保和可持续发展的原则，因此在努力研发MPCVD设备并用其生产工业金刚石颗粒，尽可能减少污染物的形成与排放，向清洁环保的生产方式靠拢。”许坤先生解释道。 3 技术为镐，十余载磨一尺 金刚石有很多应用的可能性，钻石消费的兴起也打开了培育钻石的市场，并形成了一定的规模。目前，培育钻石市场已经度过前两年的暴利期，供需和产业格局都发生了变化。 许坤先生说，进入下半场后，行业的主导者将不再是早期的开拓者，而更多的是那些实力雄厚且专业性强的公司团队。他们对行业的深度理解、对技术的熟练掌控以及对市场的精准把握使其在激烈的竞争中占据了主导地位。 “但是中小企业团队并非毫无生存空间，因为培育钻石需要技术门槛，我认为一些管理精细、技术过硬的小企业能够凭借灵活性、创新性以及对市场的敏感度，在这场竞技大潮当中找到独特的切入点。”许坤先生表示，只要企业具备一定的核心竞争力，就可以在钻石培育市场站稳脚跟。 势垒科技切入钻石培育市场的核心依托的是一支理论储备丰富、装备使用经验老道的团队。“我们的核心技术人员有微电子学与固体电子学博士，可以为半导体材料生长、CVD应用、半导体器件加工工艺方面提供技术指导，还有微波传输理论、微波应用和等离子物理研究方向的物理学博士，可以提供理论支持。另外，在研发MPCVD之前，我们对管式CVD、冷壁CVD、MPCVD、PECVD都有丰富的使用、维修和装配经验。”势垒科技以技术为镐，十余载磨一尺，凭借经验赋能、技术过硬，在竞争激烈的河南培育钻石市场占得一席之地。  4 理论、经验奠定先发优势， 精雕细琢打造发展新高度 许坤先生说：“MPCVD的机型大致有几种，市面上的任何一种机型都可以生长出一定品质的大单晶，但值得注意的是，装备制备的过程中容易产生因装备设计不合理、细节把控不到位而出现的使用问题，会直接影响到金刚石的生产和品质。MPCVD设备的设计与装配，最核心的要点是细节处理，例如如何限制微波使火球更加稳定、如何设计腔体使火球有效面积更大更均匀、如何减少微波传输的损失、如何提高真空密封性等。” MPCVD装备的研发和设计是势垒科技团队致力研究的关键技术，深厚扎实的理论知识配合驾轻就熟的应用经验铸就了其核心竞争力。“我们十分注重对MPCVD设备的细节控制，无论是设备的质量还是生产的金刚石品质，我们都力求精益求精。”许坤先生补充道。 例如，MPCVD在工作中需要通过三销钉来调节微波发生器产生的微波在谐振腔和反应室的反射，微波达到最大化利用，设备的效率才能最大化。当前市场上一些CVD设备由于微波系统设计不合理，导致生产过程中三销钉温度过高，需要使用风冷、甚至水冷的方式降低温度，出现波导管或三销钉损耗多的问题。势垒科技凭借资深的MPCVD装备设计经验和细节处理能力成功规避了此类问题，研发出的MPCVD设备即使开满功率，三销钉和波导管的位置都处于接近室温的温度，不需要再做冷却处理。势垒科技以理论和实践优势增创了金刚石生产优势，为公司在人工钻石合成赛道的发展提供了硬核保障。知微见著，一个一个小细节的把控，最终造就了过硬的产品。 如果设备的合理性是金刚石生产的基础，那么稳定性就是其核心。许坤先生表示，金刚石大单晶的生产并不是一个非常复杂的过程，在生长原材料达标、环境达标、设备合格并且稳定的情况下，培育出钻石级的金刚石大单晶毫无压力。 金刚石生长设备的稳定性作为生产大单晶的关键因素之一，在微波设计时就须充分考虑。例如传统圆柱腔式的MPCVD设备，因设计的不合理性易发生跳火球的情况。为增强设备稳定性，势垒科技在设计时采用了一些特殊结构进行改良，并使用高可靠性和高质量的配件研发了型号为SL-0023A的6 kW圆柱腔式设备，完全避免了此类状况的发生。 生产金刚石大单晶无论是从装备设计的合理性还是稳定性角度出发，都对公司团队的装备制备能力和水平提出了极高的要求。势垒科技以经验、理论、技术为引擎，以细节为抓手，找到了在金刚石合成领域提质增效的踏实路径。 5 奋楫笃行，致力攻克金刚石半导体 技术壁垒 高品质单晶金刚石不光可以作为珠宝首饰，还是“终极半导体”。金刚石具有良好的导热性、高绝缘电阻及其与众多半导体材料匹配的较好热膨胀系数，最高工作温度可达到600℃以上，比现有的其他材料制作的半导体器件高出了4倍左右，是高功率密度电子器件，如大功率半导体器件、微波器件和大规模集成电路最好的散热片，可用于大规模集成电路及热沉等尖端领域。而且，金刚石电子器件相比其他半导体器件具有体积小、集成度高和无需制冷的优势。据预测，金刚石将引发新一代半导体技术的革命。 对于金刚石半导体材料的现状，许坤先生认为，探索金刚石半导体吸引了各行业资本和人员的关注，国家也给予了许多政策支持。基于业界长期的研发活动，如今金刚石半导体正在稳步发展、不断创新，但要真正形成一条成熟的半导体产业链还有很长的一段路要走。 攻克产业链技术壁垒是当下亟待解决的问题。半导体产业链由衬底和外延构成基础材料，通过芯片设计、制造和封测，最终应用于新能源、电子等诸多领域。其中衬底的制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大的环节，衬底材料的选择将成为未来新一代半导体发展的重要方向。 许坤先生表示，面对国家所需、企业所趋、产业链所困的局面，势垒科技将结合团队中最高精尖的力量，以最大精力投入到金刚石半导体器件的制备，着力研发4-6英寸的金刚石单晶衬底，为我国金刚石产业再创新优势贡献全部力量。目前势垒科技开发的915 MHz的MPCVD机型已可以实现6英寸工业大单晶和培育钻石生产，相信不久的将来，4-6英寸的金刚石单晶衬底将会成为现实。 “如果过去十年是消费电子的黄金十年，那么接下来将是半导体发展的黄金十年。半导体衬底材料行业前景广阔，但也需要企业在技术研发、生产管理等方面不断提升自身能力，以适应市场和需求的变化。”许坤先生补充道。  6 大浪淘金，展望未来 许坤先生说，“我的家乡在'钻石之都’河南柘城，我与金刚石打交道十余年，见证了人造金刚石产业像金刚石本身一样，逐步展露出耀眼的光芒。在传统工业领域、高精尖领域以及目前的新兴领域，人造金刚石都展现出了它'可堪重用’的品质。” 浩瀚星海，耀眼的从不止钻石，在人造金刚石这条“没有出口的高速路”上，从技术基础到产业构筑，从工业级金刚石到珠宝级培育钻、再到航空航天、半导体材料……金刚石产业犹如毛细血管，渗透到河南的“每一寸肌肤”，与其结合的各个领域也正因其愈发闪耀，迸发出更为强大的技术和经济活力。 当然，人造金刚石目前依旧存在着不少的问题与挑战，例如如何提高人造金刚石的生产效率、降低生产成本？如何进一步提高人造金刚石的性能？如何在众多的应用领域找到最具经济价值的应用？尤其近几年，美国对华的科技封锁有目共睹，从中兴困境到华为芯片断供，半导体承担着保护国内产业战略安全的责任，供应链国产化的趋势不可避免。许坤先生表示，国内半导体企业亟需走上独立自强的道路，在国家政策和资金扶持下，突破金刚石半导体技术壁垒，努力打造半导体产业链新高地，向终极半导体高端市场发起进攻。  |
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