美国科学家开发钻石散热层，可为设备降温41华氏度

该技术为人工智能处理器、5G硬件和雷达等高功率电子设备的热管理提供了一种高效的解决方案。

一项最初旨在为尊贵宾客制作装饰性钻石"猫头鹰"的有趣实验，现已演变为一种可规模化的电子设备制造工艺。

莱斯大学的研究人员开发了一种自下而上的方法，用于生长 patterned 的钻石表面以冷却电子设备。

该技术能够将钻石直接集成到设备中，使工作温度降低23°C（41°F）。

这有助于延长设备寿命、提升性能，并提高5G、雷达和人工智能数据中心等技术的能效。

莱斯大学材料科学与纳米工程助理研究教授张翔表示："在电子领域，热量是头号公敌。"

张翔补充说："降低23°C意义重大——它可以延长设备寿命，并允许设备在不发生过热的情况下运行得更快。"

突破热屏障

当前，人工智能处理器和5G硬件等高功率技术正受到严峻的热管理挑战的制约。

钻石是热管理领域无可争议的冠军材料，但它很难加工。它是地球上最坚硬的物质之一，这使得"自上而下"的方法——即先生长出一块钻石板，然后再尝试雕刻——变得缓慢、昂贵，并且会损坏材料。

因此，研究人员正转向"自下而上"的方法，以精确的、功能性的形式生长钻石，使其能够集成到电子设备中。

这种"自下而上"的工艺使用了微波等离子体化学气相沉积。

它利用了光刻技术，这与用于在微芯片上印制微小图案的技术相同。

研究人员在芯片表面创建一个"模板"，然后将纳米钻石"种子"撒在模板上。

当放入高能反应器时，碳原子如雨点般落下，附着在种子上，并在需要的位置生长成一层坚固的导热层。

张翔说："这需要一个利用微波能量的反应器——就像厨房里的微波炉，但功率要大得多——将气体转化为等离子体。""这种等离子体分解与氢气混合的重碳气体，碳原子如雨点般落下，并沉积在你的衬底上。"

成核是生长钻石至关重要的第一步，它充当"种子"，为碳原子组装成晶体层提供必要的立足点。

可扩展的方案

这项技术的多功能性使其在工业应用中极具前景。

研究团队通过策略性地在两种播种技术之间进行选择，成功地将他们的工艺扩展到2英寸晶圆：光刻技术用于高分辨率、复杂的设计，而激光切割薄膜则用于更大规模的应用。

这种灵活性证明该方法已准备好进行大规模生产，为构建未来节能、高性能的电子产品提供了一条切实可行的前进道路。

此外，该方法与各种基础层兼容，例如硅和氮化镓。它为在不同半导体技术中集成高性能钻石热管理提供了可扩展的基础。

领导这项研究的普利克尔·阿贾扬说："主要的收获是，我们找到了一种可扩展、有效的方法，将钻石散热集成到电子设备中。"

材料科学与纳米工程教授阿贾扬解释说："这之所以重要，是因为热量限制了手机的电池寿命和计算机的速度。通过使用钻石更有效地冷却这些设备，我们可以为更快、更可靠、更耐用的技术铺平道路。"

下一个目标是完善钻石与底层电子设备之间的结合。成功创建这种无缝连接，将解锁构建速度更快、功能更强大的下一代晶体管的能力。

该研究发表在《应用物理快报》上。