金剛石，散熱領(lǐng)域的材料之王
- 作者：碳方程新材料（山西）有限公司
- 類別：行業(yè)新聞
- 更新時間：2025-06-06 14:51:50
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在科技飛速發(fā)展的今天，導(dǎo)熱材料在眾多領(lǐng)域都扮演著舉足輕重的角色。從電子設(shè)備的散熱到能源領(lǐng)域的熱管理，高效的導(dǎo)熱材料能夠顯著提升系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性。在眾多導(dǎo)熱材料中，金剛石作為一種新興導(dǎo)熱材料，正逐漸嶄露頭角并后來居上。
目前，新能源汽車、消費電子、AI、無人機、通訊、電力及工業(yè)自動化等正在高速發(fā)展，而這些行業(yè)正面臨著日益嚴峻的散熱難題。消費電子和通信領(lǐng)域，器件小型化、高頻化和高功率化趨勢下，熱量聚集引起的電子產(chǎn)品故障問題；新能源汽車以及儲能領(lǐng)域，電池高密度引發(fā)的過熱安全問題；無人機CPU、GPU等高熱源帶來的可靠性問題......
金剛石具有“碳單質(zhì)”特性，包括已知最高的熱導(dǎo)率、剛度和硬度，同時在較大波長范圍內(nèi)具有高光學(xué)傳輸特性、低膨脹系數(shù)和低密度屬性。這些特性使金剛石成為能夠顯著降低熱阻的熱管理應(yīng)用材料，被視為半導(dǎo)體材料“六邊形戰(zhàn)士”及“終極半導(dǎo)體”。
要合成熱管理應(yīng)用所需金剛石，第一步是選擇最恰當?shù)暮铣杉夹g(shù)，據(jù)了解，目前主流工藝有高溫高壓HPHT、化學(xué)氣相沉積CVD，其中，MPCVD法是制備高質(zhì)量、大尺寸、低成本的晶圓級金剛石的最佳方案。在當下全球化、數(shù)字化加速發(fā)展的時代，金剛石導(dǎo)熱材料的應(yīng)用正在為各個行業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級提供新的思路。目前，CVD金剛石已實現(xiàn)商業(yè)化，有1000-2000 W/m·K 不同等級熱導(dǎo)率可供選擇。CVD金剛石還具有完全各向同性特征，強化各方向上的熱量擴散。
金剛石導(dǎo)熱原理
金剛石獨特的立方晶體結(jié)構(gòu)是其導(dǎo)熱性能卓越的根源。在這種結(jié)構(gòu)中，每個碳原子都通過 SP3 雜化軌道與相鄰的 4 個碳原子緊密相連，形成穩(wěn)固的共價鍵，構(gòu)建出規(guī)則的正四面體結(jié)構(gòu)。由于所有價電子都被牢牢束縛在共價鍵區(qū)域，不存在自由電子，這使得金剛石呈現(xiàn)出絕緣特性。不同于金屬依賴外圍電子實現(xiàn)熱量傳導(dǎo)，金剛石的高熱導(dǎo)性能主要依賴碳原子振動產(chǎn)生的聲子傳播。當局部受熱時，碳原子振動加劇，這種振動能量以聲子的形式在晶體中快速傳遞，從而實現(xiàn)高效的熱量傳導(dǎo)，讓金剛石在散熱領(lǐng)域大放異彩。
關(guān)于碳方程
碳方程，主要從事第三、四代半導(dǎo)體材料專用設(shè)備的研發(fā)與制造，其核心業(yè)務(wù)為金剛石半導(dǎo)體材料所需的MPCVD長晶設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)。公司致力于完善金剛石大尺寸材料的加工工藝及相關(guān)配套設(shè)備，旨在實現(xiàn)核心設(shè)備的自主化與產(chǎn)業(yè)化，以推動整個行業(yè)的快速發(fā)展。
截止目前，公司已成功研發(fā)出6KW/10KW/15KW等MPCVD長晶設(shè)備并大批量應(yīng)用于金剛石行業(yè)，與此同時，公司在技術(shù)創(chuàng)新上持續(xù)深耕，2024年已順利推出915MHZ MPCVD設(shè)備，并小批量出貨。
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