單晶金剛石是金剛石材料類中熱導率最高的一種，這與其晶體結構密切相關，其導熱主要依靠晶格振動，也就是聲子導熱。單晶金剛石在散熱方面主要有兩種應用方式。第一種，可直接作為替代外延襯底，原位生長材料來制備器件，通過讓器件有源區與金剛石緊密貼合，借助金剛石超高的熱導率，將熱量均勻地擴散到襯底之中。第二種，在單晶金剛石結構內引入微通道結構，利用流體將內部熱量帶出，從而實現降溫的目的。

大面積單晶金剛石襯底主要用于為多種電子器件的開發和產業化提供外延生長襯底。在大功率金剛石電力電子器件方面，它能夠替代現有的 Si、SiC 等電力轉換器件和開關電源，不僅能大幅縮小轉換器件的尺寸，而且無需額外的散熱裝置，便可實現轉換效率的大幅提升、功耗的顯著降低，以及可靠性的極大增強。據測算，金剛石電子器件的耗能僅為現有器件的 1/3 - 1/5。在超高頻大功率金剛石電子器件（微波、毫米波雷達）領域，其可應用于火控武器系統、雷達、高速無線通信、火箭及航空航天等關鍵領域。它能夠替代現有的行波管，使武器系統和通信系統更加小型化，可靠性大幅提高，還能顯著提升通信系統的數據傳輸速率，大幅減輕衛星及其他航天器的重量，降低發射成本，增強抗輻照能力。此外，在集成電路芯片領域，基于金剛石開發的下一代集成電路芯片，有望徹底攻克集成電路散熱瓶頸問題，推動集成電路朝著更大規模、更高速度的方向發展。

目前，將金剛石用作功率器件的熱沉或襯底，已經研究出多種成熟的技術形式，其中主要包括基于襯底轉移技術的金剛石鍵合、基于金剛石鈍化層的低溫沉積以及金剛石上的器件外延生長?，F階段，多晶金剛石與 Si、GaN、Ga?O?等材料的室溫鍵合，已經通過表面活化鍵合（SAB）技術成功實現。

多晶金剛石在作為大功率芯片、電子器件散熱片時，展現出高性能的顯著優勢。隨著未來產量的不斷攀升以及成本的逐步下降，有望在半導體散熱片領域得到大規模的應用。當前，4 英寸電子級多晶金剛石已經實現商業化量產，國際上最大制備尺寸可達 8 英寸。隨著 MPCVD 技術的持續改進與升級，未來有望與現存的 8 英寸半導體晶圓制造產線相兼容，最終推動多晶金剛石熱沉材料在半導體材料產業中實現規模化的應用與推廣。

而碳方程最新發布的50200A MPCVD 設備在大尺寸金剛石生產方面取得了重大突破，該設備采用915MHZ的微波頻率，單爐可生產8英寸多晶產品，若用于生產單晶金剛石，單爐能夠穩定產出多達 489 片尺寸為 7*7mm 的單晶金剛石。設備運行功率方面，采用50KW大功率裝置，達到大尺寸金剛石的量產條件。

在當前的小批量試生產階段，該設備已成功驗證其卓越性能，所生產的 8 英寸熱沉片在關鍵性能指標上表現卓越，達到了行業前沿水平，為推動金剛石的大規模工業化生產以及拓展大尺寸材料的廣泛應用奠定了堅實基礎，有望在金剛石材料產業競爭格局中占據重要的一席之地，進一步助力中國在金剛石晶圓領域邁向新的高峰。

納米金剛石材料在散熱方面，通常作為高熱流密度器件的鈍化層，能夠在器件表面起到均熱的作用，為器件開辟一條額外的導熱通道，進而提升器件表面的均溫性能。然而，氫等離子體對氮化鎵具有反應刻蝕作用，這就導致在器件上直接沉積金剛石的方法，需要在低溫條件下進行，并且需要進行耐氫設計。在耐氫保護層表面，金剛石需要實現均勻且高密度的形核，同時還需保持高定向排列，以此提升金剛石鈍化層的整體導熱能力。

哈爾濱工業大學與中國電子科技集團有限公司 55 所攜手合作，研制出納米金剛石鈍化 GaN 器件，在 600℃的條件下成功制備出晶粒尺寸可控的納米金剛石鈍化層，實現了高導熱金剛石層對器件表面的全覆蓋。不過，納米金剛石熱導率相較于單晶仍有差距，散熱效果存在一定局限，還有很大的探索空間。

金剛石典型的熱管理應用場景涵蓋了金剛石增強金屬封裝材料（Diamond/Cu、Diamond/Al）、熱沉片、金剛石襯底 GaN 器件等。將金剛石基熱沉應用于激光器的散熱系統，能夠實現高效的熱量傳輸與散熱，有效降低激光器的工作溫度，提高激光器的穩定性和使用壽命。

據相關數據顯示，2020 年全球 CVD 金剛石散熱器市場規模為 1.1 億美元，預計到 2032 年，市場規模將飆升至 2.7825 億美元，預測期內的復合年增長率為 8.1% 。

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