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！

集成電路是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是中美科技競爭的關(guān)鍵點。近年來，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)生的熱對保證系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定和平穩(wěn)運行極其重要。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，開發(fā)高傳熱性能的散熱材料成為目前的一個研究熱點。

2024年5月份，黃河旋風(fēng)成功開發(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)于國外同類產(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，例如：金剛石的熱導(dǎo)率可達(dá)2200W/m·K，超過 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)果對比來看，無論是單晶金剛石，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，來提高半導(dǎo)體器件的散熱能力，是被廣泛共識的未來的散熱方案之一。

2024年11月11日，黃河旋風(fēng)與廈門大學(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)合實驗室，針對5G/6G、AI以及相控陣?yán)走_(dá)領(lǐng)域芯片散熱難題，開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)合實驗室開展“集成電路用金剛石材料研發(fā)和示范應(yīng)用”項目突破提供了堅實可靠的保障。

黃河旋風(fēng)于2023年5月份啟動了“面向高端應(yīng)用場景的CVD多晶金剛石薄膜開發(fā)”項目。籌建了可以穩(wěn)定生長多晶金剛石薄膜的潔凈實驗室，匹配了MPCVD設(shè)備運行所需的各種設(shè)施，設(shè)計了適用于多晶金剛石薄膜生長的獨特結(jié)構(gòu)，攻克了熱沉級CVD多晶薄膜從設(shè)備穩(wěn)定運行、生長工藝設(shè)計及優(yōu)化、生長襯底的剝離、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)勢和巨大的發(fā)展?jié)摿Γ诂F(xiàn)代高科技領(lǐng)域和國防工業(yè)中扮演著重要角色，正成為國際競爭的新熱點。基于此，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，黃河旋風(fēng)將開展直徑3英寸及光學(xué)級CVD多晶金剛石薄膜的開發(fā)工作，并籌建CVD多晶金剛石檢測中心，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。