金刚石热沉片经典应用场景：高功率高频高温领域热管理

在第三代半导体发展得如火如荼之际，氧化镓、氮化铝、金刚石等第四代半导体材料也开始受到关注。其中，金刚石具备高热导率、高击穿电场、高载流子迁移率、高载流子饱和速率和低介电常数等优异的特性，而被国际普遍关注并认可是已开启产业化的第四代半导体材料。

金刚石的禁带宽度为5.47 eV，金刚石具有许多优异的力学、 电学、 热学、 声学和 光学等性质, 在高技术领域具有十分广阔的应用前 景, 地球上目前还很难找到一种集如此多优异性能于 一身的材料。不仅热导率超高，其电学性质也极其优异：

①极高的击穿电场：高达109Vem-1，是砷化镓材料的17倍，氮化镓材料的2倍，碳化硅材料的2.5倍。

②饱和载流子速度：在饱和载流子速度方面金刚石是硅、砷化镓的2.7倍，而且载流子速度比砷化镓的峰值还要大，即在电场强度增加时也可维持其高的速率。

③载流子迁移率：金刚石的电子迁移率与空穴迁移率都优于其它半导体材料，室温下电子的迁移率为4500 cm2/V·S，而硅仅为1500 cm2/V·S，砷化镓为8500 cm2/V·S，氮化镓低于1000 cm2/V·S；金刚石空穴迁移率为3800 cm2/V·S，而硅仅为600 cm2/V·S，砷化镓为400 cm2/V·S，氮化镓为<50 cm2/V·S，因而，金刚石可以制作高频电子器件。

④低的介电常数：金刚石的介电常数为5.7，约为砷化镓的二分之一，小于InP的一半，即在给定的频率下，金刚石半导体具有优越的容性负载，这为毫米波器件的设计提供了极大的方便。

四种半导体材料的基本性质对比

金刚石在高功率、高频、高温领域等方面发挥重要作用，是目前最有发展前途的半导体材料之一，其经典的应用场景为热管理领域。针对热管理领域，凯发k8国际推出金刚石热沉片、晶圆级金刚石、金刚石基氮化铝、金刚石基氮化镓外延片等一系列产品，全方面解决高功率、高频、高温领域的散热问题。

金刚石在高功率激光器的应用：

高功率半导体激光器工作时由于单颗芯片出光功率大，单位面积产生的热量大，如果不做好散热技术，很容易发生芯片死亡，性能快速下降。热效应影响，降低了激光器的输出功率、电光转换效率，甚至减少激光器使用寿命或者导致激光器失效等问题已不容忽视。高功率半导体激光器封装对过渡热沉的要求主要有两个方面，低热阻与低热失配。过渡热沉热导率越高越可以有效地降低激光器热阻，同时需考虑芯片与热沉的热膨胀系数匹配程度，根据需求选择合适的烧结焊料，减少热失配，进而提高高功率半导体激光器输出特性。金刚石作为高功率半导体激光器封装热沉，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。因此可以应用金刚石膜制作高功率光电子元件的散热器材料。

CO2激光器是工业上常用的激光器之一，在加工､通信､雷达､化学分析､外科手术等领域有着重要应用随着CO2激光器功率的提高，对输出窗口的要求越来越苛刻，目前常用的窗口材料ZnSe､GaAs会在机械应力以及热应力的作用下，发生畸变或者破碎导致窗口失效､损坏。高功率输出要求窗口必须具有高透过性､高热导率､热稳定性以及机械强度等综合性能｡高质量 CVD 金刚石抗激光( @10.6 μm) 损伤峰值能量高达66J /cm2，峰值功率可达12.7MW /mm2，同时金刚石在 10.6 μm有较高的透过率､极高的热导率和优异的机械性能，这使得金刚石几乎能完美地匹配高功率CO2激光器对窗口材料的需求｡据报道，美国通用公司将金刚石膜做成大功率激光窗片，可承受高达200kW的CO2激光输出｡

金刚石热沉片在超高功率LED的应用：

在Si衬底表面衬底金刚石散热层足以挺高LED散热能力；对于没有金刚石薄膜散热层的结构，LED的散热是将pn结处产生的热量传递到散热能力较差的介质如封装导热胶及硅基底，水平方向的导热能力比较差，热量集中在LED与介质接触的地方，属于“点散热”，增加了金刚石薄膜作为散热层之后，利用金刚石膜的高热导率，可以将LED的点热源的高密度热迅速扩散通过整个金刚石膜中（水平和竖直方向）从而降低了进入Si基底热流密度，大幅度地提高了散热能力，降低了LED的结温温度。

采用凯发k8国际高品质金刚石热沉片的大功率半导体激光器已经用于光通信，在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也都有应用。凯发k8国际基于晶圆级的金刚石产品能力，开发出了金刚石基氮化镓外延片，主要应用在射频（卫星、5G基站）与高功率器件（光伏、风力发电、新能源车、储能）等对热管理需求高的领域，作为碳化硅基氮化镓材料的补充。