Eksplosjonen av stor-modelldatakraft har drevet krafttettheten til AI-brikker og tredje-generasjons halvlederenheter stadig høyere. Tradisjonelle kjøleribber av kobber og aluminium har truffet taket av fysisk ytelse. I scenarier med høy-varme-flux er varmespredningsgjennombrudd ikke lenger avhengig av strukturell optimalisering alene. Takket være dens enestående omfattende fysiske egenskaper, går diamant raskt over fra et laboratoriemateriale til industriell bruk, og blir kjernematerialet som omformer det termiske styringslandskapet til high-spon.
Diamonds totale varmeavledningsytelse er eksepsjonell, med kjernefordelen som stammer fra dens unike varmeledningsmekanisme. I motsetning til kobber og aluminium, som er avhengige av frie elektroner for varmeoverføring og har iboende begrensninger, leder diamant varme gjennom fonontransport, og bryter fundamentalt gjennom det termiske spredningstaket til tradisjonelle metalliske materialer.
Enkelt-krystalldiamant oppnår en termisk konduktivitet i rom-temperatur på 2000–2200 W/(m·K)-5 til 6 ganger den for kobber og mer enn 9 ganger den for aluminium. Samtidig gjør dens lave termiske ekspansjonskoeffisient (1,0–1,2×10⁻⁶/K), den ultrahøye elektriske resistiviteten og den lave dielektriske konstanten den perfekt kompatibel med kravene til brikkepakking. Den løser samtidig de tre store utfordringene høy termisk belastning, termisk misforhold og elektrisk interferens, og er anerkjent som det "ultimate materialet" for varmespredning i AI-brikker og GaN-kraftenheter.
For chip heatsinks må man samtidig vurdere termisk ledningsevne, strukturell tilpasningsevne og masse-produksjonskostnad. Selv om ren enkrystalldiamant gir ekstrem ytelse, er den vanskelig å behandle og kostbar å produsere over store områder, noe som gjør den uegnet for stor-produksjon. Dette er den viktigste grunnen til at industrien har forlatt ruten med universelle kjøleribber av rene diamanter og i stedet satset på å prioritere diamantkomposittmaterialer.
Foreløpig er den mest industrielt modne og nærmest stor-implementeringen diamant-kobber-komposittmaterialet. Dette materialet bruker diamantpartikler som forsterkende fase og kobber som matrise, og kombinerer den ultra-høye termiske ledningsevnen til diamant med duktiliteten og loddeevnen til kobber, og oppnår en balanse mellom ytelse og teknisk praktisk. Dens varmeledningsevne når 600–1000 W/(m·K), 1,5–2,5 ganger den for rent kobber. Ved å justere diamantvolumfraksjonen kan termisk ekspansjonskoeffisient tilpasses nøyaktig til halvledermaterialer som SiC og GaN, noe som effektivt løser problemer med skjevhet og lodde{9}}leddfeil forårsaket av termisk uoverensstemmelse i tradisjonelle kjøleribber av kobber.
Det er imidlertid en skjult teknisk barriere: Kvaliteten på grensesnittet mellom diamant og kobber bestemmer direkte den ultimate varmeavledningsytelsen til det ferdige produktet. Dårlig grenseflatebinding fører til alvorlig termisk motstand mot grensesnitt, noe som reduserer termisk ledningsevne betydelig. Derfor er fine prosesser som diamantoverflatemodifisering og kobbermatriselegering kjerneteknologiske barrierer som skiller ledende selskaper fra resten og sikrer produksjonsutbytte-de er også de viktigste konkurransepunktene i bransjen.
Diamantindustrien følger to hovedveier for teknisk-enkelt-krystall og polykrystallinsk-med markant forskjellige industrialiseringshastigheter. Enkelt-krystalldiamant er ikke bare et utmerket varme-materiale, men også en høy-bredt-båndgap-halvleder med høy ytelse, og tilbyr fordeler som høy nedbrytningsspenning, sterk strålingsmotstand og høy bærermobilitet, med fremtidig potensial for bruk i høy-brikkefremstilling. Enkeltkrystallvekst på store-arealer er imidlertid fortsatt ekstremt utfordrende. De vanlige metodene-tre-dimensjonal vekst og (flising) ekspansjon-har strenge krav til frøkrystallkvalitet og avsetningsmiljøer, og lider fortsatt av problemer som gap og u{16}}jevn vekst, noe som gjør kommersiell distribusjon på{17}}nær sikt vanskelig.
Polykrystallinsk diamant produsert ved CVD-prosesser, selv om den har litt lavere termisk ledningsevne (1000–1800 W/(m·K)) enn enkelt-diamant på grunn av fononspredning ved korngrenser, kan produseres over store områder og til lavere pris i masseskala. Dens varmeledningsevne forbedres stadig med økende kornstørrelse. Blant disse tilbyr mikrokrystallinske og store-polykrystallinske diamanter en god balanse mellom ytelse, størrelse og kostnader, og deres industrialiseringsfremgang i høy-varmeavledning av kraftenheter er langt høyere enn for høy-enkelkrystallprodukter.
For tiden er CVD-diamantproduksjon hovedsakelig avhengig av fire typer metoder, blant dem er MPCVD-prosessen (mikrobølgeplasma kjemisk dampavsetning) det foretrukne valget for å produsere polykrystallinsk diamant av høy-kvalitet på grunn av fordelene med ingen elektrodeforurensning, stabilt plasma og kontrollerbare parametere. Denne prosessen står imidlertid overfor en hard utstyrsflaskehals: forberedelse av diamantfilmer med store -arealer krever høyere mikrobølgeeffekt og lavere mikrobølgefrekvens, så produktstørrelsen og utgangen er helt begrenset av maskinvareytelsen til mikrobølgegeneratoren.
Denne utstyrsbegrensningen påvirker direkte hele industrikjeden. High-importerte MPCVD-systemer er dyre og har lange leveringstider, noe som begrenser tempoet i innenlandsk kapasitetsøkning. Samtidig gjentar innenlandsk produsert høy- MPCVD-utstyr raskt og bryter det oversjøiske teknologiske monopolet. Hastigheten på masseproduksjonen-vil direkte bestemme kostnads-reduksjonsbanen for diamantvarme-materialer, og dermed om dette materialet kan trenge inn fra avanserte spesialiserte applikasjoner til mainstream databehandling-kraftindustri som AI-servere og akseleratorkort.