單晶金剛石是金剛石材料類中熱導(dǎo)率最高的一種，這與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其導(dǎo)熱主要依靠晶格振動(dòng)，也就是聲子導(dǎo)熱。單晶金剛石在散熱方面主要有兩種應(yīng)用方式。第一種，可直接作為替代外延襯底，原位生長(zhǎng)材料來(lái)制備器件，通過(guò)讓器件有源區(qū)與金剛石緊密貼合，借助金剛石超高的熱導(dǎo)率，將熱量均勻地?cái)U(kuò)散到襯底之中。第二種，在單晶金剛石結(jié)構(gòu)內(nèi)引入微通道結(jié)構(gòu)，利用流體將內(nèi)部熱量帶出，從而實(shí)現(xiàn)降溫的目的。

大面積單晶金剛石襯底主要用于為多種電子器件的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供外延生長(zhǎng)襯底。在大功率金剛石電力電子器件方面，它能夠替代現(xiàn)有的 Si、SiC 等電力轉(zhuǎn)換器件和開關(guān)電源，不僅能大幅縮小轉(zhuǎn)換器件的尺寸，而且無(wú)需額外的散熱裝置，便可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的大幅提升、功耗的顯著降低，以及可靠性的極大增強(qiáng)。據(jù)測(cè)算，金剛石電子器件的耗能僅為現(xiàn)有器件的 1/3 - 1/5。在超高頻大功率金剛石電子器件（微波、毫米波雷達(dá)）領(lǐng)域，其可應(yīng)用于火控武器系統(tǒng)、雷達(dá)、高速無(wú)線通信、火箭及航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域。它能夠替代現(xiàn)有的行波管，使武器系統(tǒng)和通信系統(tǒng)更加小型化，可靠性大幅提高，還能顯著提升通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，大幅減輕衛(wèi)星及其他航天器的重量，降低發(fā)射成本，增強(qiáng)抗輻照能力。此外，在集成電路芯片領(lǐng)域，基于金剛石開發(fā)的下一代集成電路芯片，有望徹底攻克集成電路散熱瓶頸問(wèn)題，推動(dòng)集成電路朝著更大規(guī)模、更高速度的方向發(fā)展。

目前，將金剛石用作功率器件的熱沉或襯底，已經(jīng)研究出多種成熟的技術(shù)形式，其中主要包括基于襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的金剛石鍵合、基于金剛石鈍化層的低溫沉積以及金剛石上的器件外延生長(zhǎng)?，F(xiàn)階段，多晶金剛石與 Si、GaN、Ga?O?等材料的室溫鍵合，已經(jīng)通過(guò)表面活化鍵合（SAB）技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)。

多晶金剛石在作為大功率芯片、電子器件散熱片時(shí)，展現(xiàn)出高性能的顯著優(yōu)勢(shì)。隨著未來(lái)產(chǎn)量的不斷攀升以及成本的逐步下降，有望在半導(dǎo)體散熱片領(lǐng)域得到大規(guī)模的應(yīng)用。當(dāng)前，4 英寸電子級(jí)多晶金剛石已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，國(guó)際上最大制備尺寸可達(dá) 8 英寸。隨著 MPCVD 技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)與升級(jí)，未來(lái)有望與現(xiàn)存的 8 英寸半導(dǎo)體晶圓制造產(chǎn)線相兼容，最終推動(dòng)多晶金剛石熱沉材料在半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)規(guī)?；膽?yīng)用與推廣。

而碳方程最新發(fā)布的50200A MPCVD 設(shè)備在大尺寸金剛石生產(chǎn)方面取得了重大突破，該設(shè)備采用915MHZ的微波頻率，單爐可生產(chǎn)8英寸多晶產(chǎn)品，若用于生產(chǎn)單晶金剛石，單爐能夠穩(wěn)定產(chǎn)出多達(dá) 489 片尺寸為 7*7mm 的單晶金剛石。設(shè)備運(yùn)行功率方面，采用50KW大功率裝置，達(dá)到大尺寸金剛石的量產(chǎn)條件。

在當(dāng)前的小批量試生產(chǎn)階段，該設(shè)備已成功驗(yàn)證其卓越性能，所生產(chǎn)的 8 英寸熱沉片在關(guān)鍵性能指標(biāo)上表現(xiàn)卓越，達(dá)到了行業(yè)前沿水平，為推動(dòng)金剛石的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)以及拓展大尺寸材料的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有望在金剛石材料產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局中占據(jù)重要的一席之地，進(jìn)一步助力中國(guó)在金剛石晶圓領(lǐng)域邁向新的高峰。

納米金剛石材料在散熱方面，通常作為高熱流密度器件的鈍化層，能夠在器件表面起到均熱的作用，為器件開辟一條額外的導(dǎo)熱通道，進(jìn)而提升器件表面的均溫性能。然而，氫等離子體對(duì)氮化鎵具有反應(yīng)刻蝕作用，這就導(dǎo)致在器件上直接沉積金剛石的方法，需要在低溫條件下進(jìn)行，并且需要進(jìn)行耐氫設(shè)計(jì)。在耐氫保護(hù)層表面，金剛石需要實(shí)現(xiàn)均勻且高密度的形核，同時(shí)還需保持高定向排列，以此提升金剛石鈍化層的整體導(dǎo)熱能力。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)與中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司 55 所攜手合作，研制出納米金剛石鈍化 GaN 器件，在 600℃的條件下成功制備出晶粒尺寸可控的納米金剛石鈍化層，實(shí)現(xiàn)了高導(dǎo)熱金剛石層對(duì)器件表面的全覆蓋。不過(guò)，納米金剛石熱導(dǎo)率相較于單晶仍有差距，散熱效果存在一定局限，還有很大的探索空間。

金剛石典型的熱管理應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋了金剛石增強(qiáng)金屬封裝材料（Diamond/Cu、Diamond/Al）、熱沉片、金剛石襯底 GaN 器件等。將金剛石基熱沉應(yīng)用于激光器的散熱系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的熱量傳輸與散熱，有效降低激光器的工作溫度，提高激光器的穩(wěn)定性和使用壽命。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球 CVD 金剛石散熱器市場(chǎng)規(guī)模為 1.1 億美元，預(yù)計(jì)到 2032 年，市場(chǎng)規(guī)模將飆升至 2.7825 億美元，預(yù)測(cè)期內(nèi)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為 8.1% 。

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