备受青睐的超级散热材料——金刚石热沉片

目前，，，比较热门的散热方案主要有石墨片、、
、石墨烯、、
、导热界面材料（TIM）、、热管（HP）和均热板（VC）以及半固态压铸件。。
。而天然石墨散热膜产品较厚
，
，且热导率不高，，，
，难以满足未来高功率、
、高集成密度器件的散热需求，，同时也不符合人们对超轻薄、、、长续航等高性能要求
。。。因此，，
，寻找超热导新材料具有及其重要的意义。。。这就要求这类材料具有极低的热膨胀率
，，，超高热导率，
，，以及轻薄。。

金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料，，是自然界中热导率最高的物质，，常温下热导率可达2000 W/(m.K)，，，
，热膨胀系数约(0.86±0.1)*10-5/K
，
，且室温下绝缘。。。另外，，，金刚石还具有优异的力学、
、
、声学、、、、光学、
、、电学和化学性质
，
，，，使其在高功率光电器件散热问题上具有明显优势，，
，，这也表明了金刚石在散热领域具有巨大的应用潜力。
。。

金刚石热导率最高，，高达2000 W/(m.K)

金刚石是立方晶体，，，由碳原子通过共价键结合形成。。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果
。。。金属通过自由电子传导热量，，，
，其高热传导性与高导电性相关联
，
，，，相比之下，
，，金刚石中的热量传导仅由晶格振动（即声子）完成。。
。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶格具有高振动频率，，
，，因此其德拜特征温度高达2,220 K。。。由于大部分应用远低于德拜温度，，，声子散射较小，，因此以声子为媒介的热传导阻力极小。。。。但任何晶格缺陷都会产生声子散射，，从而降低热传导性，，
，这是所有晶体材料的固有特征。
。金刚石中的缺陷通常包括较重的13C同位素
、、、氮杂质和空位等点缺陷，，，，堆垛层错和位错等扩展缺陷以及晶界等2D缺陷。。。

目前，，，，市面上最为多见的金刚石散热方案是通过金刚石热沉片（散热片）散热。
。。
。作为热沉，，
，金刚石热沉片表现出优异的散热特性
：一方面将集中于器件PN结的热量能够均匀迅速的沿热沉表面扩散；另一方面将热量沿热沉垂直方向迅速导出。。。
。

常用的热沉材料有氮化铝AIN和铜Cu等，
，
，其中氮化铝AIN由于导热率低，，，，难以实现良好的散热效果，，，而铜Cu的导体特性会导致水冷热沉通道内的电化学腐蚀
，，从而造成堵塞
。。。CVD金刚石则是绝佳的热沉材料，，
，其热导率最高可达2000W/(K·m)，，远远大于氮化铝AIN和铜Cu
。。热导率高于1000W/(K·m)，，，金刚石热沉片是首选且是唯一选择。。。