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为什么是金刚石？芯片散热需要新思路
芯片越强大，热管理面临的挑战也越突出。
假设把芯片想象成一台高速运转的精密机器，机械结构越精密，计算任务越繁重，局部产生的热量就越集中。热量不能及时传导出去，就可能影响器件的工作稳定性、使用寿命和系统能效。
常见散热材料中，铜的热导率约为400 W/(m·K)，氮化铝约200~250 W/(m·K)。相比之下，单晶金刚石材料热导率达2200 W/(m·K)，多晶金刚石可接近2000 W/(m·K)，是最具潜力的终极散热材料。对于需要快速扩散局部热点的高功率电子器件而言，这一特性具有重要价值。同时，金刚石还具有优异的电绝缘性和化学稳定性，更适用于复杂的电学芯片集成。
算力能跑多快，要看热量跑得多快。过去，金刚石热管理材料的应用受到尺寸、制造成本和加工工艺等因素制约。如何将高性能的金刚石制备成大尺寸、质量均匀、便于后续加工与集成的薄膜，是推动其应用的重点难题。
这正是本次12英寸金刚石薄膜技术突破的价值所在。
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从小尺寸到12英寸：难点不只是把材料做大
很多人以为，技术难点只是简单把“样品放大”。实际上，就像烤蛋糕：小烤盘容易烤得受热均匀；换成超大烤盘，稍微参数偏差，就会出现局部烤焦、开裂、厚薄不均。
金刚石薄膜也是同样道理：随着生长面积变大，薄膜不同区域温度、等离子体分布、内部热应力、界面贴合状态都极难控制；剥离的时候稍有不慎，整片薄膜直接碎裂报废。
真正的挑战，是让大尺寸金刚石薄膜能够被稳定、可控地制备出来。
此次进展围绕这些关键难点，芯基科技团队建立了一套环环相扣的制备工艺：
1、超大尺寸MPCVD
团队采用微波等离子体化学气相沉积技术（MPCVD），在硅衬底上生长多晶金刚石薄膜。
通俗地说，这是一种利用特定气体环境和等离子体条件，在衬底表面逐步生长金刚石材料的技术。
当制备尺寸扩大到12英寸，生长温度、等离子体分布、界面结合和热应力等因素都需要良好的协同控制。
2、高精度激光环切
金刚石薄膜生长完成后，采用高精度激光在薄膜边缘加工出约20微米宽的环形切槽，边缘材料损耗控制在1毫米以内，尽量降低薄膜边缘暴露面积损失，并为后续剥离提供条件。
相当于给整张晶圆划开一圈安全边界，把中心有效区域完整保护起来，为后续无损剥离创造条件。
3、自动化剥离：10秒
如果说激光环切是在为剥离做好准备，那么自动化剥离就是实现稳定分离的关键一步。
手工剥离好比徒手撕一张超大薄纸，极易撕烂。研究团队采用专门设计的自动剥离设备，通过同步控制滚轮转动与晶圆移动，使剥离力更加均匀地作用于薄膜。
一片完整12英寸薄膜的剥离过程可在约10秒内完成。
量产型自动化剥离设备— APE ADARIXTM
4、硅衬底循环使用：从制造环节探索降本空间
薄膜剥离后，经过处理的硅衬底可以再次用于后续生长，减少衬底重复投入带来的材料消耗。
将大尺寸生长、精密切割、自动化剥离和衬底复用结合起来，构成了这项技术在规模化制备方面的重要创新。
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12英寸背后，还有哪些值得关注的数据？
对于金刚石热管理材料而言，尺寸、质量均匀性和热导率需要结合起来考察。该产品热导率：约1700 W/(m·K)，系统考察不同厚度金刚石薄膜的热导率变化。结果显示，随着薄膜厚度增加，热导率逐渐提高；当厚度接近30微米时，薄膜厚度方向的热导率达到约1700 W/(m·K)，继续增加厚度带来的性能提升则逐渐有限。这一结果为兼顾热性能、制造效率与材料成本提供了重要参考。
金刚石薄膜不仅要做得大，还要做得稳定。研究团队对薄膜不同区域进行了拉曼光谱等表征，结果显示，薄膜在所测试区域内具有较好的晶体质量与应力分布均匀性。
来源：芯基科技，侵删
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