攻克芯片散熱難題，黃河旋風(fēng)多晶金剛石熱沉片研發(fā)成功！

攻克芯片散熱難題

黃河旋風(fēng)多晶金剛石熱沉片研發(fā)成功！

集成電路是國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是中美科技競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。近年來(lái)，隨著電子器件性能的快速發(fā)展，高效傳導(dǎo)集成電路芯片(如 CPU 和 GPU )產(chǎn)生的熱對(duì)保證系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定和平穩(wěn)運(yùn)行極其重要。以硅為主導(dǎo)的半導(dǎo)體領(lǐng)域面臨著高功率密度、高頻、高溫、高輻射等條件瓶頸。因此，開(kāi)發(fā)高傳熱性能的散熱材料成為目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2024年5月份，黃河旋風(fēng)成功開(kāi)發(fā)出了CVD多晶金剛石熱沉片。該產(chǎn)品直徑2英寸，厚度0.3～1mm，熱導(dǎo)率＞2000 W/m·K，達(dá)到了金剛石的理論熱導(dǎo)率值，雙面拋光后，表面粗糙度Ra＜4nm，翹曲度小于2μm，優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，處于領(lǐng)先水平。

金剛石具有卓越的導(dǎo)熱性能、極高的電子遷移率，還擁有耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等優(yōu)異的物理特性，是目前自然界具有最高熱導(dǎo)率的熱沉材料。金剛石較 Si、SiC 和 GaN 等半導(dǎo)體材料具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如：金剛石的熱導(dǎo)率可達(dá)2200W/m·K，超過(guò) Si 材料的 10 倍；與 GaN 相比，金剛石的載流子遷移率和擊穿電場(chǎng)更高，所以金剛石是絕佳的熱沉材料。從目前各種材料研究結(jié)果對(duì)比來(lái)看，無(wú)論是單晶金剛石，還是多晶金剛石薄膜，熱導(dǎo)率均遠(yuǎn)大于其他襯底材料。所以，將單晶金剛石或多晶金剛石薄膜作為熱沉材料，來(lái)提高半導(dǎo)體器件的散熱能力，是被廣泛共識(shí)的未來(lái)的散熱方案之一。

2024年11月11日，黃河旋風(fēng)與廈門(mén)大學(xué)薩本棟微米納米科學(xué)技術(shù)研究院成立集成電路熱控聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)5G/6G、AI以及相控陣?yán)走_(dá)領(lǐng)域芯片散熱難題，開(kāi)展基于金剛石材料的集成散熱應(yīng)用的創(chuàng)新研究。由黃河旋風(fēng)提供的多晶金剛石熱沉片，為成立的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展“集成電路用金剛石材料研發(fā)和示范應(yīng)用”項(xiàng)目突破提供了堅(jiān)實(shí)可靠的保障。

黃河旋風(fēng)于2023年5月份啟動(dòng)了“面向高端應(yīng)用場(chǎng)景的CVD多晶金剛石薄膜開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目。籌建了可以穩(wěn)定生長(zhǎng)多晶金剛石薄膜的潔凈實(shí)驗(yàn)室，匹配了MPCVD設(shè)備運(yùn)行所需的各種設(shè)施，設(shè)計(jì)了適用于多晶金剛石薄膜生長(zhǎng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，攻克了熱沉級(jí)CVD多晶薄膜從設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、生長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化、生長(zhǎng)襯底的剝離、大直徑金剛石薄膜加工易產(chǎn)生翹曲及碎裂、拋光效率及質(zhì)量等多方面的技術(shù)難題。

作為功能材料，金剛石的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)及量子特性在不斷開(kāi)發(fā)。以金剛石應(yīng)用為主的熱管理材料、光學(xué)材料、力學(xué)及聲學(xué)材料、半導(dǎo)體材料具有顯著的優(yōu)勢(shì)和巨大的發(fā)展?jié)摿?，在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)中扮演著重要角色，正成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新熱點(diǎn)?；诖?，金剛石半導(dǎo)體被認(rèn)為是極具前景的新型半導(dǎo)體材料，被業(yè)界譽(yù)為“終極半導(dǎo)體材料”。

接下來(lái)，黃河旋風(fēng)將開(kāi)展直徑3英寸及光學(xué)級(jí)CVD多晶金剛石薄膜的開(kāi)發(fā)工作，并籌建CVD多晶金剛石檢測(cè)中心，推進(jìn)CVD金剛石薄膜在熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)和電化學(xué)等方面的應(yīng)用。