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金刚石热沉片制备将取得全新进展!

发表时间:2022-05-12 15:24作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

金刚石是绝缘体,自由运动的电子数很少,对导热的贡献主要是来自原子振动(晶格振动)。固体物理中用格波来描述晶格振动,最小能量单元的格波成为声子。在室温下,金刚石中碳原子半径小,结合力强,声子流传输容易;且金刚石弹性模量大,密度小,其德拜温度在2220K左右,高的德拜温度也决定着金刚石具有较高声子平均速度(1.82x10‘ m / s ),因此有极高的热导率。在室温下天然的金刚石热导率为2200 W/m.k,是铜和银的五倍左右,仍然是自然界中热导率最高的材料。目前,高质量 CVD多晶金刚石膜的热导率可接近天然的金刚石水平。


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图1 各种类型金刚石的热导率


CVD 金刚石的散热应用主要有两种方式,一是大面积的集中散热,如 TR 组件、微波功率组件和高功率激光器组件等,二是对热发射单元的点散热,如氮化镓器件。前者使用大尺寸的金刚石自支撑膜或直接沉积,后者是再进行单点加工。连接方式有键合、粘接和焊接。多晶金刚石由于晶界的作用,在轴向和径向有小于10%的热导率差异。在极高热流密度导热方向有严格要求器件,使用的多晶金刚石要求热导率会更高以避免在取向的热导率差,极端情况下使用单晶金刚石,在取向差小于2°时,单晶(100)与(010)方向的热导率小于1。


CVD金刚石散热是CVD金刚石发展最快的应用方向,与高效率制备和散热面积相匹配的应用将在短期内超越器件散热的需求。目前,直径2英寸的多晶CVD金刚石早已规模化量产。由化合积电生产的高质量金刚石热沉片(散热片)已应用于通讯射频、激光器、军工、功率器件等,而我国金刚石的应用正在逐步深入,已经成功在卫星扩热板、遥感卫星窗口、相控阵雷达收发模块等领域应用。



化合积电自主研发的915MHz微波CVD金刚石设备计划于下半年投产用于4英寸及以上金刚石制备,具有较大的技术优势,期待早日投入量产,助推我国金刚石材料在军工、商业等领域应用。


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