10月28日,日本单晶金刚石制造商EDP(株式会社イーディーピー,代码:7794.T)宣布,已与本田汽车旗下的株式会社本田技术研究所正式签署了关于金刚石器件用材料的共同开发协议。协议期限为三年,自2026年11月1日起生效,双方将共同负责大尺寸晶圆的开发和质量评估,费用由双方承担。

早在今年3月份EDP就宣布与本田汽车株式会社的研发子公司本田研发株式会社达成基本协议,共同开展金刚石器件材料的研究。

金刚石器件有望提升车辆基本性能并延长续航里程,适用于电动汽车及其他应用领域的功率器件中。然而,在实现大规模生产之前,仍存在一些挑战需要克服,例如提高晶圆尺寸和质量以提高生产效率。

本田研发中心已与日本产业技术综合研究所(AIST)合作,发表了高电流器件的研究成果,展现了其巨大潜力。2026年2月,双方成立了“本田研发中心-AIST金刚石×电子协同研究实验室”,这是一个面向金刚石半导体的开放式创新中心。

日本产业技术综合研究所(AIST)与本田公司将建立金刚石半导体研发基地

EDP在金刚石衬底和晶圆的商业化以及金刚石器件的研发方面拥有丰富的经验。公司于2025年2月实现了30x30mm单晶金刚石的商业化,并于同年4月开始销售1英寸金刚石晶圆。此外,该公司还实现了低电阻衬底和各种外延层的衬底的商业化;继2英寸晶圆的研发之后,该公司已宣布了4英寸金刚石晶圆的研发计划。

根据这项协议,两家公司将共同探讨旨在实现更大直径和更高质量金刚石晶片的研发方向,以期最终实现金刚石器件的大规模生产。联合研究初期将利用EDP现有的设备,但新设备的引进和实验设施的建设将根据需要逐步进行。

金刚石在汽车电子上的应用

金刚石作为超宽带隙半导体,其高热导率、高电子迁移率和高击穿场强等特性,使得它成为电力转换和储存系统的理想材料。通过将其制成电力电子器件,如二极管和晶体管,可以实现更高效、更耐用的电力转换和储存系统。这不仅为新能源汽车提供了稳定的电力供应,还有助于提高充电速度和延长续航里程。
  • 汽车电池电极材料
金刚石因其优异的导热性和机械特性,被用作电池电极材料。金刚石电极能够提高电池的充放电效率,延长电池的使用寿命。例如,Diamfab公司申请了用于电动汽车的全金刚石电容器的专利,利用金刚石作为绝缘体和导体,展现了金刚石在电池技术中的创新应用。
  • 电池电量监测

金刚石量子传感器可以精确测量储存的电量,从而最大限度地提高车载电池的性能。据《日本经济新闻》报道,日本东京工业大学科学家研发的钻石量子传感器可将新能源汽车的续航里程增加约10%。该技术能够检测到磁场、温度和压力的变化,为监测车辆运行状态、安全隐患以及评估电池性能等提供了新的解决方案。

  • 汽车燃料电池

金刚石的化学稳定性高,能够在高温高压环境下保持稳定,因此在燃料电池中作为催化剂使用。它可以提高燃料的利用率,降低废气排放,为新能源汽车的环保性能做出贡献。

  • 动力电池散热

金刚石半导体材料的高热导率对于新能源汽车的热管理至关重要。随着新能源汽车逐渐向高续航发展,动力电池散热量增加,高效的散热管理成为关键。金刚石热沉片的超高热导率可以实现高效散热,保护电池和其他关键部件免受高温的影响,从而提高车辆的性能和续航能力。

Diamond Foundry Inc.公司于2023年宣布推出金刚石电动汽车逆变器,其体积比特斯拉 Model 3 的逆变器小六倍。

左边为Diamond Foundry 的电动汽车逆变器

  • 汽车涂层材料

DLC类金刚石碳涂层具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等特点,可用于提高汽车零部件的耐磨性、抗冲击性能和寿命。在汽车涂料中引入纳米金刚石进行增韧增强的改性,可明显提高涂膜的抗冲击性能。

Ionbond 的 Tribobond™ 41 DLC aC:H:W + aC:H 涂层已在汽车大批量生产中应用多年。可用于发动机及其子系统(例如油泵/水泵、压缩机和动力转向系统)的部件上,旨在最大限度地减少摩擦损失,从而提高运输效率并降低油耗。

Tribobond™ 41 DLC aC:H:W + aC:H 涂层

  • 金刚石高音扬声器振膜

CVD金刚石振膜的纵波声速高达 18000 m/s,远超铝(Al)和钛(Ti)等传统振膜材料的三倍以上。利用其高刚度、低质量的特性,提高高频振动性能并减少失真。2015年,Bowers & Wilkins与宝马合作,将金刚石球顶高音单元应用于7系汽车音响系统。

Bowers & Wilkins 的钻石高音球顶扬声器

参考资料:EDP、重庆启晶科技发展有限公司

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作者 czy