近年來，隨著微電子技術、集成電路技術的發展，電子器件逐漸向高集成、小體積、大功率等方向發展。為了確保器件穩定運行、延長器件使用壽命，應用端對電子器件的散熱要求不斷提升。以氧化鎵、氮化鋁、金剛石為代表的第四代半導體材料受到日益廣泛的關注。其中金剛石具有極高的熱導率，理論上可達到2000W/(m·K)以上，室溫下為銅的五倍，同時其還具有比熱容小、熱膨脹系數小等優點，其器件在高溫工作時不易累積熱量，且在溫度變化時不易發生變形，在高溫環境下化學穩定性好，因此在高功率器件散熱方面具有巨大應用潛力，終端應用涉及到光通信、航天航空、新能源汽車、5G基站、電子封裝、光伏、儲能等領域。

金剛石熱沉片（來源：中材人工晶體研究院(山東)有限公司）

不過，天然金剛石是在地球內部的高溫和高壓條件下，經過數億年的地質時間而形成的，儲量稀缺、價格高昂，而人工合成金剛石需要模擬天然金剛石的結晶條件和生長環境，使得成本和尺寸成為制約其廣泛應用的關鍵。目前，人造金剛石制備方法主要有高溫高壓法（HTHP）和化學氣相沉積法（CVD），其中CVD法金剛石通常采用甲烷和氫氣作為前驅體，在高溫（約1000℃）、常壓（1 atm）或低壓條件下，以氣相外延的方式在襯底上進行生長，能夠獲得距與天然金剛石幾乎相同的物理、化學特性的金剛石材料；與HTHP法金剛石相比，CVD法不會受到高壓設備尺寸的限制，近年來已成為大尺寸金剛石材料制備的首選方法。

CVD金剛石人工合成工藝又可細分為熱絲化學氣相沉積（HFCVD）、微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）等技術。其中，MPCVD法運用微波發生器作為能量激發源，通過波導管將其通入生長倉，激發反應氣體離解成等離子的形式，繼而在基板上沉積合成金剛石。由于產生的等離子體純凈、無電極和反應器壁污染，能夠制得高晶體質量的單晶金剛石材料，但MPCVD法存在制備效率低、設備價格昂貴、制備成本偏高、不易擴大沉積面積等缺點。HFCVD法金剛石利用通電加熱至2000℃以上的熱絲，使反應氣體在其表面和附近被高溫分解成原子氫和多種碳氫基團，從而實現在基板上沉積金剛石。該技術作為最早成功制備合成金剛石的方法之一，其具有制備成本低、裝置簡單、易實現大面積沉積等優點，能夠生產出導熱性能優異、適用于工業大規模應用的熱學級多晶金剛石材料。

HFCVD裝置（上）及原理（下）示意（圖源：網絡）

為拓寬金剛石材料在AI高功率器件中的應用，同時降低應用成本，10月22-23日，在深圳“新材料為AI產業提速”先鋒論壇上，粉體圈邀請了中材人工晶體研究院(山東)有限公司的魏華陽高工分享報告《金剛石在熱管理中的應用》，報告將著重介紹團隊基于CVD長晶技術開展高導熱CVD金剛石材料的裝備和工藝研究。分享其開展大尺寸HFCVD金剛石的產品研發，并完成16英寸HFCVD金剛石的技術突破。

報告人介紹

魏華陽，高級工程師，碩士畢業于武漢理工大學，現任中材人工晶體研究院(山東)有限公司總經理助理，兼任金剛石事業部負責人。長期從事金剛石、碳化硅等超硬材料的開發及其產業化應用研究工作。主持中國建材集團“揭榜掛帥”項目高強、超硬晶體材料制備及精密加工能力建設的研究中的課題一，開發出直徑大于400mm超大超厚工具級CVD金剛石晶體材料，年產5000萬mm³高性能金剛石膜產線。主持大尺寸碳化硅襯底關鍵工藝貫通及核心裝備研制工作，順利突破大尺寸碳化硅村底工程化關鍵技術，開發出具有自主知識產權的電阻式大尺寸單晶長晶爐。

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