如何才能生成金剛石散熱片和CVD金剛石散熱的應(yīng)用介紹

　　50 多年來，采用高壓高溫技術(shù)（HPHT） 制造的合成金剛石廣泛應(yīng)用于研磨應(yīng)用，充分發(fā)揮了金剛石極高硬度和極強(qiáng)耐磨性的特性。在過去20年中，基于化學(xué)氣相沉積（CVD） 的新金剛石生成方法已投入商業(yè)化應(yīng)用，這樣就使得以較低成本生成單晶和多晶金剛石。這些新合成方法支持全面開發(fā)利用金剛石的光學(xué)、熱學(xué)、電化、化學(xué)以及電子屬性。目前金剛石已廣泛應(yīng)用于光學(xué)和半導(dǎo)體行業(yè)。本文主要討論金剛石的熱學(xué)優(yōu)勢，介紹金剛石散熱片的工作原理，簡要展示金剛石生成方法，總結(jié)金剛石的一些常見應(yīng)用（包括應(yīng)用方法）并以金剛石未來應(yīng)用前景作為結(jié)論。首先我們來簡單介紹金剛石成為室溫下所有固體材料中最佳導(dǎo)熱體的原因及原理。金剛石導(dǎo)熱原理金剛石是立方晶體，由碳原子通過共價(jià)鍵結(jié)合形成。金剛石的許多極致屬性都是形成剛性結(jié)構(gòu)的sp3 共價(jià)鍵強(qiáng)度和少量碳原子作用下的直接結(jié)果。金屬通過自由電子傳導(dǎo)熱量，其高熱傳導(dǎo)性與高導(dǎo)電性相關(guān)聯(lián)，相比之下，金剛石中的熱量傳導(dǎo)僅由晶格振動(dòng)（即聲子）完成。金剛石原子之間極強(qiáng)的共價(jià)鍵使剛性晶格具有高振動(dòng)頻率，因此其德拜特征溫度高達(dá)2，220°K。由于大部分應(yīng)用遠(yuǎn)低于德拜溫度，聲子散射較小，因此以聲子為媒介的熱傳導(dǎo)阻力極小。但任何晶格缺陷都會(huì)產(chǎn)生聲子散射，從而降低熱傳導(dǎo)性，這是所有晶體材料的固有特征。金剛石中的缺陷通常包括較重的 3C同位素、氮雜質(zhì)和空缺等點(diǎn)缺陷，堆垛層錯(cuò)和位錯(cuò)等擴(kuò)展缺陷以及晶界等2D缺陷。

　　作為專門進(jìn)行熱管理的元件，天然金剛石應(yīng)用在一些早期微波和激光二極管器件中［1］、［2］。但適用天然金剛石板的可用性、尺寸及成本限制了金剛石的市場應(yīng)用。隨著熱學(xué)屬性與IIa型天然金剛石（圖1）相類似的微波輔助型CVD 多晶金剛石的出現(xiàn)，可用性問題得到了解決。目前，許多供應(yīng)商提供一系列現(xiàn)成的熱學(xué)等級(jí)的金剛石。由于獨(dú)立式多晶金剛石采用直徑達(dá)140 mm 的大型晶片（圖1）生成，因此尺寸不再局限為單個(gè)器件或小型陣列，陣列尺寸可擴(kuò)展至幾厘米?；谝陨显颍珻VD 金剛石的實(shí)用性得到驗(yàn)證，自20世紀(jì)90年代以來已被廣泛應(yīng)用于各種器件之中。