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    金刚石——AI时代下的终极半导体材料

    时间:2024-12-09浏览次数:2507
    随着半导体遵循着摩尔定律纳米制程进步、、、TDP(热设计功耗)上升,,,芯片热流密度变得越来越高,,散热革命成为AI、、、HPC时代最大挑战。。。当芯片表面温度达到70-80℃时,,,,温度每增加1℃,,芯片可靠性就会下降10%;设备故障超过55%与过热直接相关。。金刚石是已知热导率最高的材料,,热导率达硅(Si)13倍、、、碳化硅(Sic)4倍,,,,铜和银4-5倍,,,,并具有超宽禁带半导体优异特质,,被视为“第四代半导体”或“半导体终极材料”。。与SiC相比,,,,钻石芯片成本可便宜30%,,,所需材料面积仅为SiC芯片1/50,,减少3倍能量损耗,,并将芯片体积缩小4倍。。。

    金刚石散热方案在高效能电子产品应用潜力广阔,,,,未来每台电脑、、、汽车和手机都有望装上钻石。。半导体领域,,“钻石冷却”技术可让GPU、、、、CPU计算能力提升3倍,,温度降低60%,,能耗降低40%,,,为数据中心节省数百万美元的冷却成本。。新能源汽车领域,,,,超薄钻石纳米膜助力电动汽车充电速度提升5倍,,,,热负荷降低10倍。。。基于钻石技术的逆变器体积小6倍,,,性能更卓越。。太空卫星领域,,,,数据速率提升5-10倍,,,,尺寸减小50%,,,并在严酷的太空环境中表现更稳定。。。无人机领域,,无人机仅需1分钟就能充满电,,,,金刚石吸收产生高密度激光束,,,解决续航问题。。。基于独特物理特性,,,钻石还在量子计算、、核处理等方面打开应用潜力。。。

    钻石散热产业链开启“从0到1”临界点,,,全球各项应用加速落地。。。。美国Akash Systems公司获得美国芯片法案支持,,体现了对钻石散热前景的充分认可;英伟达率先采用钻石散热GPU实验,,,,性能是普通芯片的三倍;华为接连公布钻石散热专利,,坚定入局,,,未来有望在高性能计算、、、、5G通信、、、、人工智能等领域广泛应用;国内公司星樽已具备较为完整的金刚石半导体材料解决方案,,,,并实现规模化生产。。。。

    星樽星樽拥有MPCVD、、、PVD、、MOCVD等国际一流设备,是国内率先实现MPCVD规模化量产多晶金刚石的厂家,拥有先进的金刚石制备和加工工艺,自主研发的产品达国际领先水平。。目前已有成熟产品:金刚石热沉片、、金刚石晶圆、、、金刚石窗口片、、金刚石异质集成复合衬底等,,,,其中金刚石热沉片热导率100-220W/(m·k),,,,晶圆级金刚石表面粗糙度Ra<1nm,,,目前已应用于航空航天、、高功率半导体激光器、、、光通信、、、芯片散热、、、核聚变等领域。。



    文章来源:孟鹏飞、、、罗悦



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