突破！高质量多晶金刚石，引领散热材料新纪元

发布时间：2025-02-08 15:05:34 | 浏览量： 54次

金刚石，作为自然界已知最坚硬的材料，一直被誉为“材料之王”。而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”！但天然金刚石储量稀少，价格昂贵，难以满足工业需求。同时大尺寸高导热金刚石制备成本高、工艺复杂，那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。

这一突破性进展，不仅为多晶金刚石的研究和应用开辟了新路径，也让 MPCVD 技术再次成为行业焦点。



50200A MPCVD设备

在MPCVD 技术的应用与发展中，碳方程的最新产品 ——50200A MPCVD 设备，凭借着卓越的性能和领先的技术，为多晶金刚石的生长提供了更强大、更高效的解决方案。

碳方程的50200A MPCVD设备在生长多晶产品方面优势显著，设备采用915MHZ的微波频率，单炉可生产8英寸多晶产品，若用于生产单晶金刚石，单炉能够稳定产出多达 489 片尺寸为 7*7mm 的单晶金刚石。设备运行功率方面，采用50KW大功率装置，更大尺寸的多晶产品意味着更高的生产效率和更低的单位成本，能够满足客户大规模生产的需求。同时，我们的设备在技术方面也有着诸多创新和突破，确保了产品的高质量和稳定性。有效降低生产成本，提高产品的市场竞争力。



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：

高性能电子器件散热：多晶金刚石散热片可广泛应用于高功率电子器件（如5G基站、激光器、功率放大器等），解决散热瓶颈，提升器件性能和寿命。

半导体行业：在集成电路、CPU、GPU等芯片中，多晶金刚石可作为高效散热材料，满足微型化、高功率化的发展需求。

5G/6G通信：用于射频器件和功率放大器的散热。

新能源汽车：用于电动汽车的功率模块（如IGBT）散热，提高能源利用效率，延长电池寿命。

航空航天领域：在高温、高功率密度的航空航天电子设备中，多晶金刚石散热片可提供优异的散热性能，保障设备稳定运行。

LED照明：用于高亮度LED的散热基板，降低工作温度，提高发光效率和寿命。

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。

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