深受电子工程师的喜爱，金刚石热沉片是散热的最佳选择！

目前，电子器件小型化和集成的热管理给电子工程师带来了新的挑战。热点已成为当前高功率密度电子器件的一个关键热特性，如中央处理单元、激光二氧化物和绝缘栅极双极晶体管，其中热点热通量可达到1000W/cm²或更高。在如此高的热通量下，散热不足会导致温度过高的升高，从而降低设备性能，加速设备故障。所以对于高密度的电子器件，散热问题是主要研究方向。

金刚石作为世界上最硬的物质，在电子和电气方面有着有着其他半导体材料所无法达到的优良特性，包括：

1.极高的工作温度：工作温度超过300℃(比硅高5倍)，解决了在某些应用中需要冷却的问题。

2.极高的热导率：任何已知材料的最高导热系数。如果需要，它可以散热，与硅相比，效率提高了90%，能量损失降低了90%。

3.高介电强度；超过几个数量级的硅(金刚石1x10的七次方、硅3x10的五次方)。

4.低的介电常数：微电子电路中的低介电常数和减小串扰。金刚石：5.5至5.7；硅：11.8至11.9；二氧化硅(3.5)。

5.抗辐射：由于极短的载流子寿命(约2微秒)，抗辐射性能优异。

6.高硬度和高强度；适合应用于MEMS器件。

7.超宽的光学透明度，从紫外线到红外线。

8.极低的热膨胀系数：低热膨胀系数(CTE)等于降低热界面应力。

9.极宽的带隙：Egap=5.47eV。

10.高流动性：4500 cm2/(V.S)用于单晶CVD金刚石中的电子，性能优良，用于50 GHz以上的高频工作和FET。

图1   金刚石和一些半导体材料的特性对比

金刚石半导体-超半导体材料

金刚石从最好的电子绝缘器件之一转化成高导电的假金属，最终通过添加杂质或掺杂物形成超导体。光学颜色等特征也因掺杂或杂质而改变。用硼(B)掺杂金刚石，形成p型金刚石和磷在n型区域。氮（N）掺杂来生产n型半导体，但它们可能更多的适用于生物传感器、磁场强度计、量子光学和自旋电子学装置。理论上，金刚石半导体器件可以将电路驱动到频率高达400 GHz，金刚石基半导体准备在复杂设备（例如高速和高功率的FET晶体管）上取得进展。射频和微波电子学，大功率开关，微机电系统和高效率无源设备。这些更快、更薄、更酷的金刚石设备将带来更强大的超级计算机、先进的雷达和电信、高效混合动力汽车、全面的电子设备环境和下一代航空电子仪器。金刚石微机电系统器件可以说是专门为电容式开关阵列设计，为高端智能手机提供更好的动态调谐天线。金刚石技术甚至可能将摩尔定律扩展到其预期的消亡之外。

图2 电源处理与操作的不同组别的频率半导体材料

金刚石和其他化合半导体（例如碳化硅、碳化镓、砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)）作为一种宽禁带（WBG）半导体，在其领域表现出优越的性能。高工作频率下的功率处理与硅相比，金刚石WBG半导体优于传统的化合物半导体如SiC，GaAs以及氮化镓。传统硅和砷化镓器件由于封装、互连，不能在300℃以上工作以及载流子浓度的热升高等因素并不适用于半导体。而金刚石半导体器件应不受热生载流子的效应，使它成为理想的载体，适用于高温和高压应用如（电力电子学(例如，PIN二极管，结场效应晶体管[JFET]和晶闸管)）或电子热引擎中的控制。具有高温高频功能的高压PIN二极管可以制造高性能，高压电力开关、功率整流器、衰减器、光电探测器和射频开关。

图3   升高温度对几种半导体材料的本征载流子浓度的变化

金刚石被称为终极的宽带隙半导体材料得益于它固有的特性：热导率是铜的5倍，是硅的22倍，金刚石不仅是一种优良的导热体，同时也是一种很好的绝缘体。就目前的技术，金刚石高的介电强度可以将薄的金刚石层与巨大的电压分隔，在10000V的隔离电压下，所需要金刚石的体积比硅少50倍。更小的器件尺寸可以更快的切换，CVD金刚石的介电常数比其他的WBG半导体低，可以更好的减小集成电路中串联的干扰。Alfred Grill在IBM的研究实验室做了一个实验：用介电常数为N的氟(F)或硅(Si)修饰的类金刚石(DLC)薄膜，结果合成了介电常数为2.5的类金刚石(DLC)薄膜，并且推断了类金刚石薄膜电和光学特性以及封闭内部孔隙率的介电金刚石薄膜甚至会有更低的介电常数。

图4 电气绝缘或绝缘的比较各种半导体材料的有效性

在电力电子领域，金刚石材料可能会产生最大的影响。光子学和高功率射频装置也将被金刚石材料的平台所改变。随着工业化的发展技术在传播，根据国际能源机构(IEA)，世界电气预计能源产量将增长75％以上远超过去20年的产量。电力电子学是关键从煤、燃料、气体或可再生初级能源转化电能的部分，住户、办公室及植物。世界上百分之五十的电力由硅基电源转换或控制电子设备。这些功率转换器是造成大约80%的能量损失的一个主要因素。沿配电系统从一次发电到终端用户。宽带隙金刚石半导体材料具有的电子特性可以克服硅生产低损耗、高效率的能量转换装置的限制。

图5   适用于各种电力电子材料平台的潜在工作电压和电流范围图

凯发k8国际专注于金刚石的研发与生产，具备MPCVD设备设计能力，国内首家掌握MPCVD制备高质量金刚石的核心工艺并实现量产，并且独创基于等离子体辅助抛光的金刚石原子级表面高效精密加工方法，晶圆级金刚石Ra<1nm，金刚石热沉片热导率1000-2000W/m.k，更有GaN on diamond 、Diamond on GaN、金刚石基氮化铝等产品，为您提供最全金刚石热管理解决方案。目前，采用金刚石热沉的大功率半导体激光器已经用于光通信，在RF功率放大器、激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也都有应用。