近日，有消息报道，美日两国决定联合计划在5500亿美元的投资框架下共同生产人造金刚石，这一消息立即引发了全球关注，尤其是在半导体供应链和地缘政治格局方面，意义深远。这项合作不仅是美国应对中国在技术和供应链控制领域影响力日益增强的反应，也可能预示着全球关键材料生产布局发生深刻变革。

金刚石的独特优势与应用前景

金刚石，作为地球上最硬的天然材料，具有极高的硬度、优异的导热性和化学稳定性，这使其在半导体制造、热管理、精密加工、量子技术以及军事等领域中不可或缺。随着科技进步和新兴行业的兴起，金刚石的需求和应用也逐渐扩展。中国作为全球最大的人造金刚石生产国，几乎占据了全球工业级金刚石市场的主导地位。

中、日、美三国金刚石技术进展

中国

近年来，中国在金刚石产业的快速发展令人瞩目。中国拥有绝对的生产规模优势，主攻工业级金刚石的生产及加工，积极拓展热管理、半导体领域的应用，但在大尺寸电子级晶圆成品率和超精密加工方面与日美仍有差距。

科研机构取得多项突破。西安交通大学团队于2024年初实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑基底，性能指标达国际先进水平。香港大学、北京大学东莞光电研究院、南方科技大学等单位于2024年底开发出大规模超光滑柔性金刚石薄膜制备方法（发表于《Nature》），显著提升了材料在柔性电子和散热领域的适用性。2025年，吉林大学与中山大学合作合成高品质六方金刚石块体材料，硬度较立方金刚石提升40%，热稳定性超过1100°C，为极端环境应用提供新选项。中国科学院宁波材料技术与工程研究所研发团队成功制备出超低翘曲的4英寸金刚石“自支撑”超薄膜，为金刚石薄膜与芯片键合迈出了重要一步。北京科技大学研究通过自主研发的微波等离子体化学气相沉积系统，成功制备出直径达5英寸、厚度约3毫米的自支撑超硬金刚石晶圆。哈尔滨工业大学红外薄膜与晶体团队在金刚石晶体管与逻辑电路、同位素电池、光电探测器等领域突破不断。西安电子科技大学通过引入石墨烯缓冲层，实现氧化镓与金刚石的高效键合，界面损耗降低40%以上等等。

企业层面，四方达、中兵红箭、黄河旋风、力量钻石、惠丰钻石和宁波晶钻等积极布局电子级金刚石。华为与哈尔滨工业大学、厦门大学合作开发金刚石散热技术，可降低芯片结温24.1°C。比亚迪申请了一项名为《金刚石-金属复合材料及其制备方法、散热基板、功率模块、车辆》的专利。

日本

日本在金刚石技术上主要集中在高端制造和精密加工领域，特别是通过持续的技术创新来提升金刚石的应用效能。

Orbray成功研发出2英寸金刚石晶圆量产技术，突破了尺寸制造的极限。该公司预计很快将完成4英寸基板的研发。此外，丰田和电装共同出资的Mirai Technologies正与Orbray合作开发车载金刚石功率器件，目标是在2030年代实现商业化。Orbray 还与英美资源集团合作，推进其人造金刚石基板业务，重点开发用于功率半导体和通信的大直径金刚石基板。该公司计划扩建其在日本秋田县的生产设施，预计 2029 年首次公开募股。

25年初日本住友电气工业公司宣布，与大阪公立大学共同在直径两英寸的多晶金刚石（PCD）基板上成功制作出氮化镓（GaN）晶体管，将其热阻降至硅（Si）的1/4、碳化硅（SiC）的1/2。这项重要突破将改善用于无线通信的高频半导体GaN晶体管的散热性能，从而实现更高的频率和输出。

2025年11月，Orbray与Element Six达成战略合作，双方成功制备出直径达 50 毫米的高质量单晶人造钻石晶圆。此次突破源于双方核心技术的深度融合：Orbray 将其领先的钻石异质外延生长技术，成功移植至 E6 成熟的化学气相沉积（CVD）钻石合成平台，同时整合 E6 在同质外延生长及钻石超精密抛光领域的技术积累，最终实现 “1+1>2” 的技术协同效应。日本EDP公司于25年4月正式宣布开始发售1英寸金刚石单晶晶圆产品。东京科学技术研究所与信越化学、AIST合作，实现金刚石异质外延生长（150μm厚自支撑膜），NV中心层自旋相干时间达20μs，高灵敏度量子传感器噪声地板<20 nT/√Hz，应用于电动车电池电流检测。Ookuma Diamond Device计划2026年在福岛建厂，生产耐辐射金刚石半导体，用于核电站退役监测。

其他进展包括佐贺大学研制高性能P型MOSFET，早稻田大学开发金刚石半导体电路。Power Diamond Systems (PDS) 在 2025 年日本国际半导体展上展出了一款由金刚石制成的p型MOSFET，并展示了其开关特性评估（双脉冲测试）过程。

美国

美国聚焦金刚石在热管理、射频与异质集成领域的功能化应用，尤其是在AI算力散热和量子方面的创新。

Diamond Foundry研制全球首款100mm单晶金刚石晶圆，用于芯片散热和半导体基底。Diamond Quanta（2024年5月推出）开发“统一金刚石框架”，实现真正替位掺杂（n型/p型），提升导电性和缺陷控制，用于功率半导体和量子光子器件。美国国防部机构DARPA委托雷神（Raytheon）公司开发基于人造金刚石和氮化铝超宽带隙半导体。24年底美国商务部给予Akash Systems 6820万美元的资助，加强其生产用于人工智能、数据中心、空间应用和国防市场的金刚石冷却半导体的业务。

2025年9月，IonQ与Element Six合作开发量子级合成金刚石薄膜，可兼容标准半导体制造，用于量子存储和光子互联，加速大规模量子网络。

美日合作：供应链多元化的战略举措

2025年美日协议下，日本5500亿美元投资承诺涵盖能源、半导体和关键材料，合成金刚石工厂被视为首批项目之一。报道显示，Element Six和Hitachi等参与讨论，前者提供CVD工艺，后者贡献能源管理和工业制造能力。尽管尚未签署正式协议，但若实施，将加速CVD生态重构，推动全球供应链区域化。

技术竞争与挑战

金刚石产业面临的技术挑战主要集中在生产的规模化、成本控制以及产品质量的提升。尽管中国在金刚石产业链上具有显著的成本优势，但美日的合作计划可能会改变现有的市场格局，特别是在高端应用领域，如半导体和量子技术。未来，金刚石产业的技术竞争将更加激烈，不仅在生产效率和成本控制上，还在产品创新与应用的深度拓展上。

此外，金刚石的生产仍是一个能源密集型产业。如何在环保和可持续发展的前提下提高生产效率、降低生产成本，将成为全球金刚石生产商面临的共同挑战。中国企业虽然在生产技术和成本方面具有一定优势，但如何进一步提高技术水平，突破现有瓶颈，将决定其未来在全球市场的竞争力。

金刚石技术的未来展望

随着全球对高性能半导体和量子计算的需求激增，金刚石的应用前景日益广阔。

热管理：金刚石作为导热性能最好的材料，正在成为AI芯片、GPU和高功率激光器等高性能计算器件的标配。其超高的导热性（是铜的4-5倍）将极大地推动冷却技术的发展。
量子技术：金刚石中的NV中心在量子计算和量子传感器中的应用前景广阔，未来可能成为量子通信和量子存储的核心技术。
电力电子：金刚石半导体的耐高压、耐高温特性，使其成为电动汽车、电网和太空探索等领域的理想材料。尽管商业化尚远，但金刚石半导体无疑是未来电力电子产业的“终极梦想”。