革新突破:高性能多晶金刚石散热片引领科技新潮流

随着电子器件越来越小、功率越来越高，散热成为制约性能的“头号难题”。传统材料（如铜、硅）热导率有限，而金刚石的热导率是铜的 5倍 以上，堪称“散热王者”！但大尺寸高导热金刚石制备成本高、工艺复杂，如何实现高效又经济的生产？

多晶金刚石散热片的制备工艺

哈尔滨工业大学团队采用 MPCVD技术，在真空环境中通过微波激发气体（氢气、甲烷、氮气），让碳原子在硅衬底上“生长”成金刚石。

关键突破：

甲烷浓度：降低甲烷比例（从8%降至5%），减少杂质碳沉积，提升晶体质量。

生长温度：提高温度（930~950℃），促进晶粒横向扩展，让结构更致密。

实验结果：高热导率+低翘曲团队制备了5组样品（S1-S5），发现：

最优性能：样品S3（甲烷5%，温度930℃）热导率高达 1208 W/(m·K)，翘曲值仅37微米，远超国际同类产品（如Element Six的1000-2200 W/(m·K)）。

速度与质量的平衡：虽然降低甲烷会减缓生长速率（5.8 μm/h），但热导率显著提升，且翘曲更小，后期加工更容易。

通过X射线衍射和拉曼光谱分析发现：

<111>晶面主导：晶体排列更规整，减少晶界缺陷。

低甲烷+高温：抑制非晶碳生成，晶粒尺寸更大，热传导路径更畅通。

与国外领先企业Element Six和Sumitomo Electric Industries相比，本研究通过优化工艺参数，实现了热导率超过1200 W/(m·K)的多晶金刚石散热片的制备，同时保证了较高的生长速率（5.8微米/小时）和较低的翘曲值（37微米）。通过后续工艺改进，有望实现更高速率下高导热金刚石散热片的制备，从而有效降低其生产成本。

未来应用前景

多晶金刚石散热片在以下领域具有广阔的应用前景：

高性能计算：用于CPU、GPU等高功率芯片的散热。

5G/6G通信：用于射频器件和功率放大器的散热。

新能源汽车电子：用于微波逆变器和功率模块的散热。

航空航天：用于高可靠性电子设备的散热。

通过不断优化制备工艺，多晶金刚石散热片有望成为未来高效散热解决方案的重要组成部分，为电子器件的性能提升提供强有力的支持。

碳基半导体（包括金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）因其超宽禁带、高热导率、高载流子迁移率以及优异的化学稳定性等卓越的特性，正在成为解决传统硅基半导体材料逐渐逼近物理极限问题的关键途径。在人工智能、5G/6G通信、新能源汽车等迅猛发展的新兴产业领域表现出广阔的应用前景。尤其是在当前不确定的国际局势和贸易环境背景下，碳基半导体战略意义凸显，成为多国布局的重要赛道。