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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:377
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;国内公司凯发k8国际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。

凯发k8国际凯发k8国际拥有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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