Вибух обчислювальної потужності великих-моделей призвів до зростання щільності потужності чіпів штучного інтелекту та напівпровідникових пристроїв третього-покоління. Традиційні мідні та алюмінієві радіатори досягли максимальної продуктивності. У сценаріях із високим-тепловим-потоком прорив у розсіюванні тепла більше не залежить лише від структурної оптимізації-внутрішні межі продуктивності матеріалу стали вирішальним вузьким місцем для стабільності та терміну служби високоякісних-пристроїв. Завдяки своїм видатним всеохоплюючим фізичним властивостям алмаз швидко перетворюється на лабораторний матеріал у промислове застосування, стаючи основним матеріалом, що змінює ландшафт управління температурою високо-кінцевих мікросхем.
Загальна ефективність розсіювання тепла Diamond виняткова, основна перевага якої полягає в унікальному механізмі теплопровідності. На відміну від міді та алюмінію, які покладаються на вільні електрони для передачі тепла та мають властиві обмеження, алмаз проводить тепло через фононний транспорт, фундаментально прориваючи стелю теплорозсіювання традиційних металевих матеріалів.
Моно{0}}алмаз має теплопровідність при кімнатній-температурі 2000–2200 Вт/(м·К)-у 5–6 разів більшу, ніж у міді, і більш ніж у 9 разів більшу, ніж у алюмінію. У той же час його низький коефіцієнт теплового розширення (1,0–1,2×10⁻⁶/K), надвисокий питомий електричний опір і низька діелектрична проникність роблять його ідеальною сумісністю з вимогами до упаковки мікросхем. Він одночасно вирішує три основні проблеми: високе теплове навантаження, температурну невідповідність і електричні перешкоди, і визнаний «найкращим матеріалом» для розсіювання тепла в чіпах штучного інтелекту та пристроях живлення GaN.
Для радіаторів мікросхем необхідно одночасно враховувати теплопровідність, структурну адаптивність і вартість масового-виробництва. Хоча чистий моно{2}}кристалічний алмаз забезпечує надзвичайну продуктивність, його важко обробляти та дорого виробляти на великих площах, що робить його непридатним для-великомасштабного виробництва. Це ключова причина, чому галузь відмовилася від універсальних радіаторів із чистого алмазу та натомість звернула увагу на алмазні композитні матеріали.
Наразі найбільш промислово зрілим і найближчим до широкомасштабного-розгортання є алмазно-мідний композитний матеріал. Цей матеріал використовує алмазні частинки як армуючу фазу та мідь як матрицю, поєднуючи над-високу теплопровідність алмазу з пластичністю та здатністю до спаювання міді, досягаючи балансу між продуктивністю та інженерною практичністю. Її теплопровідність досягає 600–1000 Вт/(м·К), що в 1,5–2,5 рази перевищує показник чистої міді. Регулюючи об’ємну частку алмазу, можна точно підібрати коефіцієнт теплового розширення для таких напівпровідникових матеріалів, як SiC і GaN, що ефективно вирішує проблеми, пов’язані з викривленням і поломкою паяних-з’єднань, спричинені температурною невідповідністю традиційних мідних радіаторів.
Однак існує прихований інженерний бар’єр: якість зв’язку між алмазом і міддю безпосередньо визначає кінцеву ефективність розсіювання тепла готового продукту. Погане міжфазне з’єднання призводить до сильного міжфазного термічного опору, що значно погіршує теплопровідність. Тому тонкі процеси, такі як модифікація поверхні алмазу та легування мідної матриці, є основними технологічними бар’єрами, які відокремлюють провідні компанії від решти та забезпечують продуктивність виробництва-вони також є ключовими конкурентними моментами в галузі.
Алмазна промисловість розвивається двома основними технічним шляхом-монокристалічний-і полікристалічний-з помітно різними темпами індустріалізації. Моно-кристалічний алмаз є не лише чудовим-матеріалом для розсіювання тепла, але й високо{6}}продуктивним широкозонним-напівпровідником, який пропонує такі переваги, як висока пробивна напруга, стійкість до випромінювання та висока рухливість носіїв, із майбутнім потенціалом для використання у високо-температурному виготовленні мікросхем. Однак вирощування монокристалів-на великій{11}}площі залишається надзвичайно складним. Основні методи-тривимірного-розростання та (плитки) розширення-мають суворі вимоги до якості затравкових кристалів і середовищ осадження, і все ще страждають від таких проблем, як проміжки та-нерівномірне зростання, що ускладнює-комерційне розгортання в найближчій перспективі.
Полікристалічний алмаз, отриманий за допомогою процесів CVD, хоча має дещо нижчу теплопровідність (1000–1800 Вт/(м·К)), ніж моно-кристалічний алмаз через розсіювання фононів на границях зерен, може бути виготовлений на великих площах і з нижчою ціною в масовому масштабі. Його теплопровідність стабільно покращується зі збільшенням розміру зерна. Серед них мікрокристалічні та велико-зернисті полікристалічні алмази пропонують гарний баланс між продуктивністю, розміром і вартістю, а їхній прогрес у індустріалізації у високо-розсіюванні тепла енергетичних пристроїв значно перевищує показники високо-монокристалічних-продуктів.
Наразі виробництво CVD алмазу в основному ґрунтується на чотирьох типах методів, серед яких процес MPCVD (мікрохвильове плазмово-хімічне осадження з парової фази) є кращим вибором для виробництва полікристалічного алмазу високої-якості завдяки його перевагам у відсутності забруднення електродів, стабільній плазмі та контрольованих параметрах. Однак цей процес стикається з жорстким вузьким місцем обладнання: приготування алмазних плівок із великою-площею вимагає більшої мікрохвильової потужності та нижчої мікрохвильової частоти, тому розмір продукту та вихід повністю обмежуються продуктивністю апаратного забезпечення мікрохвильового генератора.
Це обмеження обладнання безпосередньо впливає на весь промисловий ланцюг. Високо{1}}імпортні системи MPCVD є дорогими та мають тривалий час доставки, що стримує темпи розширення внутрішніх потужностей. У той же час високопотужне-обладнання MPCVD вітчизняного виробництва швидко вдосконалюється та руйнує закордонну технологічну монополію. Швидкість його масового-розгортання виробництва безпосередньо визначатиме траєкторію-зменшення витрат на алмазні-матеріали розсіювання тепла, а отже, чи зможе цей матеріал проникнути з високоякісних-спеціалізованих додатків у основні обчислювальні-енергетики, такі як сервери ШІ та карти прискорювача.