中原证券2025新材料年度策略报告指出，功能性金刚石产业化大幕正在徐徐拉开。人造金刚石不仅可用于工业领域，凭借其高热导率、宽禁带、高载流子迁移率等优异性能，还可作为高新技术材料应用于半导体、光学、量子技术等新兴领域。2023年11月美国Diamond Foundry宣布制造出世界上第一块直径100毫米单晶金刚石晶圆；2024年5月四方达“天璇功能性金刚石超级工厂”投产，年产超100万克拉。中美日已将高端金刚石纳入出口管制，从侧面反映出功能性金刚石开发潜力巨大，产业化正从实验室走向市场。
金刚石：终极半导体材料，战略价值凸显
金刚石被誉为“终极半导体材料”。中原证券研报指出，人造金刚石凭借高热导率（铜的5倍以上）、宽禁带（5.47eV）、高载流子迁移率、高绝缘性、光学透过性、化学稳定性与抗辐射性等优异性能，在半导体散热衬底、高功率器件、光学窗口、量子计算等领域具有不可替代的应用潜力。2022年8月美国将金刚石为代表的宽禁带半导体材料加入商业管制清单限制出口，2022年12月日本将半导体用金刚石设计制造技术纳入出口管制，2024年11月中国将曲面金刚石窗口材料、直径≥3英寸单晶或多晶金刚石窗口材料纳入出口管制。2024年12月3日，中国宣布原则上不予许可超硬材料相关两用物项对美出口。中原证券认为，中美日等国的出口管制措施从侧面反映出功能性金刚石的战略价值。
产业化加速：国内外企业相继取得技术突破
功能性金刚石产业化正从实验室走向规模化生产。中原证券研报梳理了关键进展：2022年4月，日本佐贺大学与Obrray开发出直径2英寸金刚石单晶晶圆，并制成功率半导体，电力损耗可减至硅制产品的五万分之一。2023年11月，美国Diamond Foundry通过钻石异质外延技术制造出世界首块直径100毫米单晶金刚石晶圆（重110克拉），基于该晶圆制作的电动车逆变器在同等功率下比Tesla 3逆变器尺寸缩小6倍。2023年11月，哈工大和华为联合申请的《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法》专利获得授权。2024年5月，四方达“天璇功能性金刚石超级工厂”在郑州投产，是目前国内最大的CVD金刚石单体工厂，功能性金刚石成品年产能超100万克拉。国机精工2024年1-9月MPCVD金刚石实现收入161.12万元，其中光学片150.52万元、散热片53.71万元，表明功能性金刚石产品已开始产生实际收入。
产业化挑战：大尺寸单晶生长仍是关键瓶颈
尽管产业化进展积极，功能性金刚石的大规模应用仍面临关键技术挑战。中原证券研报根据《单晶金刚石异质外延用嵌复合衬底研究现状》论文指出，浓度精确可控的掺杂技术和高品质大面积单晶衬底的制备技术是金刚石材料与器件商业应用面临的主要挑战。大多数金刚石缺陷密度约10^8个/平方厘米或更高，只有降至10^3缺陷/平方厘米才能实现预期性能。晶格失配、热失配、位错密度高问题仍需解决。MPCVD技术特点限制了大尺寸金刚石生长能力，915MHz系统最大生长尺寸为5-6英寸，未来可能需要基于新原理的金刚石外延生长技术来实现更大尺寸单晶生长。如果金刚石衬底技术得到突破，能够大批量低成本生长出缺陷较少的8英寸金刚石单晶晶圆，功能性金刚石市场规模将得到大幅提升。
投资策略：关注CVD金刚石产业链核心企业
中原证券认为，功能性金刚石是超硬材料行业最具潜力的长期增长点。当前产业化序幕已拉开，国内外企业持续取得技术突破并尝试工业化生产。建议关注CVD金刚石产业链核心企业：四方达（300179.SZ）——天璇功能性金刚石超级工厂投产，年产超100万克拉，是目前国内最大的CVD金刚石单体工厂；国机精工（002046.SZ）——MPCVD金刚石已实现收入，涵盖光学片和散热片产品；沃尔德（688028.SH）——超硬刀具及CVD金刚石材料。随着功能性金刚石在半导体散热、光学窗口、军工等领域应用的逐步拓展，相关企业有望打开广阔成长空间。
功能性金刚石产业化关键进展
| 时间 | 企业/机构 | 事件 |
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| 2022年4月 | 日本佐贺大学/Obrray | 开发出直径2英寸金刚石单晶晶圆 |
| 2022年8月 | 美国商务部 | 将金刚石等宽禁带半导体纳入出口管制 |
| 2023年11月 | 美国Diamond Foundry | 制造出世界首块直径100mm单晶金刚石晶圆 |
| 2023年11月 | 哈工大/华为 | 硅/金刚石三维集成芯片混合键合专利获批 |
| 2024年5月 | 四方达 | 天璇功能性金刚石超级工厂投产（100万克拉/年） |
| 2024年11月 | 中国商务部 | 将曲面金刚石窗口材料等纳入出口管制 |
2025年功能性金刚石展望：产业化序幕徐徐拉开
中原证券预计2025年功能性金刚石将延续产业化加速趋势。美国、日本和我国在功能性金刚石领域的持续关注和技术突破表明该领域具有极大的应用潜力和市场需求。四方达天璇工厂的投产标志着国内CVD功能性金刚石已具备规模化生产能力，国机精工等企业的产品收入验证了商业化的可行性。长期来看，半导体用金刚石是超硬材料行业最具潜力的增长点，如果金刚石衬底技术得到突破，功能性金刚石市场规模将迎来爆发式增长。建议投资者关注CVD金刚石产业链的产业化进展和投资机会。
