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紧跟“双碳”战略,金刚石热沉片大幅降低热能源消耗!

时间:2022-06-24浏览次数:523

碳达峰、碳中和升级为国家战略,和每个领域息息相关。作为现代科技的底层基础与核心,原材料、芯片和器件等是第三代宽禁带功率半导体产业健康发展的基石,也是全产业链落实双碳战略目标的保障。金刚石是宽禁带半导体重要材料之一,在双碳政策下又有怎样的机遇和挑战呢?


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金刚石具有带隙宽、热导率高、击穿场强高、载流子迁移率高、耐高温等优异性能,将推动电力电子器件提高效率、提高密度、缩小尺寸、减轻重量、降低总成本。在5G基站、光模块散热片、激光器散热片、GaN Hemt等应用中大幅降低热能源消耗,表现出巨大的应用潜力。


目前一个5G室外基站单租户平均功耗在3.8KW左右,是4G基站的3倍以上,电费成本一项或许将透支运营商的所有利润。以金刚石做为5G基站热管理材料,通过充分发挥金刚石优秀的散热性能,将大大节约用电,真正实现绿色、环保、低碳。


GaN在射频、快充领域应用广泛,但工作时会产生大量自热效应,且随功率的增大而增加,加大了在输出大功率的同时在芯片有源区的热积累效应,导致GaN器件输出功率密度以及效率等指标迅速恶化,不仅使其大功率性能优势远未充分发挥,并且会产生大量废热,不利于低碳环保。研究证实,高导热率的金刚石可显著改善氮化镓基功率器件中存在的热效应问题,对于相同的功率密度,金刚石上的GaN可以使通道温度较于GaN-on-SiC至少降低40%,这将使器件寿命增加约10倍,很大程度上降低热能源消耗。

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不同衬底上运行的GaN晶体管耗散相同功率,GaN on Diamond工作温度最低


化合积电专注于金刚石新型先进热管理材料的研发和生产,历经十余年技术沉淀,现已有金刚石热沉片(1000-2000W/m.k)、晶圆级金刚石(Ra<1nm)、金刚石镀膜(GaN)等产品和服务。充分发挥金刚石效率高、能耗小的特点,对社会节能减排,实现碳中和发展目标有着积极作用。随着双碳目标的推进,越来越多领域采用性能上更优异的金刚石,将显著降低能耗、提升能源转换效率。目前,金刚石已被应用于卫星通讯、智能电网、轨道交通、航天航空、新能源汽车等热门新兴产业,成为产业升级的重要材料基础,未来,高热导率金刚石将应用于更多领域,具有十分重大意义。


在双碳背景下,化合积电以ESG(即环境Environment、社会Social、公司治理Corporate Governance)的标准要求自己,把低碳经济、可持续发展作为企业战略目标。在制造中,启用现代化工艺技术,有效提高能源效率;持续创新工艺,采用绿色能源,降低碳排放;使用绿色电力;在采购中以高质量标准购买具有碳排放证书的设备,切实支持生态和社会效益的项目。



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