近年来，随着微电子技术、集成电路技术的发展，电子器件逐渐向高集成、小体积、大功率等方向发展。为了确保器件稳定运行、延长器件使用寿命，应用端对电子器件的散热要求不断提升。以氧化镓、氮化铝、金刚石为代表的第四代半导体材料受到日益广泛的关注。其中金刚石具有极高的热导率，理论上可达到2000W/(m·K)以上，室温下为铜的五倍，同时其还具有比热容小、热膨胀系数小等优点，其器件在高温工作时不易累积热量，且在温度变化时不易发生变形，在高温环境下化学稳定性好，因此在高功率器件散热方面具有巨大应用潜力，终端应用涉及到光通信、航天航空、新能源汽车、5G基站、电子封装、光伏、储能等领域。

金刚石热沉片（来源：中材人工晶体研究院(山东)有限公司）

不过，天然金刚石是在地球内部的高温和高压条件下，经过数亿年的地质时间而形成的，储量稀缺、价格高昂，而人工合成金刚石需要模拟天然金刚石的结晶条件和生长环境，使得成本和尺寸成为制约其广泛应用的关键。目前，人造金刚石制备方法主要有高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD），其中CVD法金刚石通常采用甲烷和氢气作为前驱体，在高温（约1000℃）、常压（1 atm）或低压条件下，以气相外延的方式在衬底上进行生长，能够获得距与天然金刚石几乎相同的物理、化学特性的金刚石材料；与HTHP法金刚石相比，CVD法不会受到高压设备尺寸的限制，近年来已成为大尺寸金刚石材料制备的首选方法。

CVD金刚石人工合成工艺又可细分为热丝化学气相沉积（HFCVD）、微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）等技术。其中，MPCVD法运用微波发生器作为能量激发源，通过波导管将其通入生长仓，激发反应气体离解成等离子的形式，继而在基板上沉积合成金刚石。由于产生的等离子体纯净、无电极和反应器壁污染，能够制得高晶体质量的单晶金刚石材料，但MPCVD法存在制备效率低、设备价格昂贵、制备成本偏高、不易扩大沉积面积等缺点。HFCVD法金刚石利用通电加热至2000℃以上的热丝，使反应气体在其表面和附近被高温分解成原子氢和多种碳氢基团，从而实现在基板上沉积金刚石。该技术作为最早成功制备合成金刚石的方法之一，其具有制备成本低、装置简单、易实现大面积沉积等优点，能够生产出导热性能优异、适用于工业大规模应用的热学级多晶金刚石材料。

HFCVD装置（上）及原理（下）示意（图源：网络）

为拓宽金刚石材料在AI高功率器件中的应用，同时降低应用成本，10月22-23日，在深圳“新材料为AI产业提速”先锋论坛上，粉体圈邀请了中材人工晶体研究院(山东)有限公司的魏华阳高工分享报告《金刚石在热管理中的应用》，报告将着重介绍团队基于CVD长晶技术开展高导热CVD金刚石材料的装备和工艺研究。分享其开展大尺寸HFCVD金刚石的产品研发，并完成16英寸HFCVD金刚石的技术突破。

报告人介绍

魏华阳，高级工程师，硕士毕业于武汉理工大学，现任中材人工晶体研究院(山东)有限公司总经理助理，兼任金刚石事业部负责人。长期从事金刚石、碳化硅等超硬材料的开发及其产业化应用研究工作。主持中国建材集团“揭榜挂帅”项目高强、超硬晶体材料制备及精密加工能力建设的研究中的课题一，开发出直径大于400mm超大超厚工具级CVD金刚石晶体材料，年产5000万mm3高性能金刚石膜产线。主持大尺寸碳化硅衬底关键工艺贯通及核心装备研制工作，顺利突破大尺寸碳化硅村底工程化关键技术，开发出具有自主知识产权的电阻式大尺寸单晶长晶炉。

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