金刚石为什么是激光器散热材料的“天花板”？？

随着高新技术发展，，，，光学、、
、通信等领域的电子器件趋向小型化、
、集成化和高功率化，
，激增的热通量给器件散热带来巨大挑战，，过高的温度使得电子器件寿命降低和性能失效，
，，，低温升的高效散热方案俨然成为行业内亟需解决的难题
。。
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金刚石具有优异的导热性（室温下为Cu的5倍）和最低的热膨胀系数，，，其热导率可高达2200 W/(m·K)，，，
，是常用激光晶体YAG的140多倍，，，，比同处于第四族的单晶硅也高出近13倍。。金刚石内部碳原子的高原子密度和强键合特性，，，结合高度对称的晶格结构，
，
，使其具有高拉曼增益。。。。极高的热稳定性也使得金刚石能够在高温、、、、高强度的严苛工作条件下呈现优异的性能，，在极大程度上克服了传统激光器存在的热效应、
、、、以及波长和输出功率难以兼顾的难题。。
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图1 金刚石和各种导热材料的热性能

1.金刚石作为芯片封装材料-过渡热沉

高功率半导体激光器封装对过渡热沉的要求主要有两个方面，，，，低热阻与低热失配。。过渡热沉热导率越高越可以有效地降低激光器热阻，，同时需考虑芯片与热沉的热膨胀系数匹配程度，
，减少热失配，，，进而提高高功率半导体激光器输出特性。。。
。金刚石作为高功率半导体激光器封装热沉，，，，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。。
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图2 高功率半导体激光器结构示意图

研究表明
，，采用MPCVD 制备的金刚石薄膜做过渡热沉，
，，，与传统铜热沉相比，，半导体激光器的光功率输出提升 25%，，，，热阻减低 45%以上，，，，散热优势明显。
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2.金刚石作为激光器窗口片/光学晶体

金刚石具有宽光谱透射性、
、、低热膨胀系数、、高机械强度，，，，高耐热冲击热性，，，低散射，，，，高激光诱导损伤阈值，，低吸收
，，高拉曼增益系数和高导热性等优异特性的结合，，，使其成为低损耗激光腔应用的首选材料，，，，为光学应用（如激光）提供了卓越的优势。。

图3金刚石晶体透射光谱范围（未镀膜）

金刚石的本征光学性质由其在深紫外的禁带宽度决定，，其截止波长为 225 nm (5.47 eV)；其中在2.5 至 6 μm 间有微弱的吸收，，，主要由其声子带吸收决定。。此外，，，，金刚石的大禁带避免了金刚石晶体在高温下热产生的电荷载流子，，，因此，，，，即使在非常高的温度和辐射强度下，
，，金刚石仍然可以保持高透明度。。。

图4 基于金刚石不同的性质所报道的不同类型的光学元件

举个例子，，CO2激光器是工业上常用的激光器之一，，
，多领域应用对输出窗口的要求越来越苛刻。。。目前常用的窗口材料 ZnSe､GaAs会在机械应力以及热应力的作用下，，，，发生畸变或者破碎
，，，导致窗口失效､损坏
。。高功率输出要求窗口必须具有高透过性､高热导率､热稳定性以及机械强度等综合性能｡高质量 CVD 金刚石抗激光( @ 10.6 μm) 损伤峰值能量高达 66 J /cm²，，峰值功率可达 12.7 MW /mm²，，
，同时金刚石在 10.6 μm 有较高的透过率､极高的热导率和优异的机械性能
，，这使得金刚石几乎能完美地匹配高功率CO2激光器对窗口材料的需求｡

图5尊龙时凯圆晶级金刚石

3.金刚石异质集成方案用于GaN/ GaAs/Si芯片

基于金刚石与氮化镓结合异质集成
，，可以降低氮化镓（GaN）大功率器件的自加热效应，，，解决在高频、、大功率情况下GaN基HEMT的散热问题
，，，
，尊龙时凯为国内率先开展金刚石和氮化镓异质集成的厂家，，，，目前可提供GaN on diamond 、、Diamond on GaN，
，，
，以及金刚石和氮化镓键合所必需的晶圆级金刚石
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此外，
，，，对于激光器领域砷化镓芯片
、
、
、
、硅基芯片等，
，，晶圆级金刚石用于芯片键合，
，
，可以解决激光芯片散热率低的问题，
，，
，达到高效散热的效果
。。。

尊龙时凯是一家专注于第三代（宽禁带）半导体衬底材料和器件研发和生产的高科技企业
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。。尊龙时凯金刚石热沉片热导率高达1000-2200W/（m.k）；高性能的光学级多晶金刚石和光学级单晶金刚石
，，使金刚石出色的光学特性得以发挥，，
，，共同满足拉曼激光器
、、碟片激光器等不同客户的需求。。
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。金刚石+激光器还将被应用于更广泛的领域，，，尊龙时凯期待与您携手开拓更多应用，，，一起为激光产业发展
、、跃上新的台阶贡献力量！！
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