备受青睐的超级散热材料——金刚石热沉片

目前，比较热门的散热方案主要有石墨片、石墨烯、导热界面材料（TIM）、热管（HP）和均热板（VC）以及半固态压铸件。而天然石墨散热膜产品较厚，且热导率不高，难以满足未来高功率、高集成密度器件的散热需求，同时也不符合人们对超轻薄、长续航等高性能要求。因此，寻找超热导新材料具有及其重要的意义。这就要求这类材料具有极低的热膨胀率，超高热导率，以及轻薄。

金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料，是自然界中热导率最高的物质，常温下热导率可达2000 W/(m.K)，热膨胀系数约(0.86±0.1)*10-5/K，且室温下绝缘。另外，金刚石还具有优异的力学、声学、光学、电学和化学性质，使其在高功率光电器件散热问题上具有明显优势，这也表明了金刚石在散热领域具有巨大的应用潜力。

金刚石热导率最高，高达2000 W/(m.K)

金刚石是立方晶体，由碳原子通过共价键结合形成。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果。金属通过自由电子传导热量，其高热传导性与高导电性相关联，相比之下，金刚石中的热量传导仅由晶格振动（即声子）完成。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶格具有高振动频率，因此其德拜特征温度高达2,220 K。由于大部分应用远低于德拜温度，声子散射较小，因此以声子为媒介的热传导阻力极小。但任何晶格缺陷都会产生声子散射，从而降低热传导性，这是所有晶体材料的固有特征。金刚石中的缺陷通常包括较重的13C同位素、氮杂质和空位等点缺陷，堆垛层错和位错等扩展缺陷以及晶界等2D缺陷。

目前，市面上最为多见的金刚石散热方案是通过金刚石热沉片（散热片）散热。作为热沉，金刚石热沉片表现出优异的散热特性：一方面将集中于器件PN结的热量能够均匀迅速的沿热沉表面扩散；另一方面将热量沿热沉垂直方向迅速导出。

常用的热沉材料有氮化铝AIN和铜Cu等，其中氮化铝AIN由于导热率低，难以实现良好的散热效果，而铜Cu的导体特性会导致水冷热沉通道内的电化学腐蚀，从而造成堵塞。CVD金刚石则是绝佳的热沉材料，其热导率最高可达2000W/(K·m)，远远大于氮化铝AIN和铜Cu。热导率高于1000W/(K·m)，金刚石热沉片是首选且是唯一选择。