近年来，随着电子器件性能的快速发展，有 效清除集成电路芯片(如 CPU 和 GPU)产生的热 量对保证系统的持续、稳定和平稳运行越来越重要。为承担散热这一基本任务，将器件的工 作温度维持在一个理想的水平，开发高传热性能 的散热材料成为目前的一个研究热点。
金刚石是目前自然界具有最高热导率的热沉材料，有望达到理想的散热效果。如表 1 所示，金刚石较 Si、SiC 和 GaN 等半导体材料具 有诸多优势，例如：金刚石的热导率超过 Si 材 料的 10 倍，此外，与 GaN 相比，金刚石的载流 子迁移率和击穿电场更高。因此，为提高半导体 器件的散热能力，将金刚石片或膜作为热沉，已 被广泛认为是未来的散热方案之一。无论是 单晶金刚石，还是多晶金刚石，其热导率均远大 于其他衬底材料，可作为替代其他散热衬底材料 的更优方案。
若想实现金刚石在半导体器件中的应用，首先要解决金刚石与半导体的连接问题。金刚石与 半导体器件的连接方式可分为直接连接和间接连 接。直接连接即金刚石和半导体的 界面直接相连，间接连接即金刚石与半导体器件 之间通过中间层相连。
金刚石与半导体的直接连接主要通过两种方 式实现：(1)金刚石与半导体间通过沉积工艺实 现直接连接；(2)金刚石与半导体间通过低温键 合实现直接连接。金刚石具有超高热导率，若能 与半导体直接连接，则可充分发挥金刚石热导率 高的特性，因此，金刚石与半导体间的直连工艺 研究一直是本领域的研究热点。
两种 Si、SiC 和 GaN 等半导 体和金刚石间的直接连接技术存在一系列问题： 无法避免外延生长工艺的高温导致的半导体器件 性能和稳定性的破坏；金刚石衬底和半导体器件 的热膨胀失配以及高压大幅度降低了器件的成品 率。要想实现 Si、SiC 和 GaN 等半导体与金刚石 的直接连接，还有较长的路要走，一些关键技术 难点待解决。
Si、SiC 和 GaN 等半导体与金刚石间的间接 连接主要通过中间层进行连接，常见的中间层主 要是 Sn、Ag 等金属层。虽然金刚石散热片最理 想的应用方式是与芯片直连，但在现有的直连工 艺下，金刚石与芯片间均或多或少存在一些中间 界面层。这些中间层的热导率较低，降低了金刚石的 散热效果。与之相比，一些金属的热导率较高。利 用金属进行芯片与基板间的连接，进而进行电子封 装，在半导体行业是一种较成熟的工艺。其中包括软钎焊、瞬时液相扩散焊和纳米银低温烧结。
在间接连接工艺中，利用瞬时液相扩散焊和 纳米银低温烧结实现半导体芯片与金刚石的间接 连接，是现实可行且能工业化的连接工艺，且和 现有的半导体封装工艺兼容，是目前最有希望能 直接规模化应用的工艺。然而，现代半导体芯 片，尤其是硅芯片的集成度越来越高，封装温度 越来越低，使现有的瞬时液相扩散焊和纳米银低 温烧结必须向更低温度和无压烧结发展。
为突破这些技术瓶颈，可考虑从以下几个方 面入手：(1)优化金刚石表面研磨抛光工艺，探 索金刚石热沉材料的新型表面处理技术，提高直 接键合工艺的良品率和可靠性；(2)开发适用于 大面积芯片的加压键合设备，通过提高键合设备 的加压能力、控制键合温度和压力等参数，实现 高可靠性、高效率的直接键合；(3)优化间接连 接工艺，探索新型间接连接工艺材料，研究新型 的瞬时液相扩散焊和纳米银低温烧结技术，提高连接的稳定性和可靠性；(4)推动半导体芯片 制造技术的发展，研发具有更高温度稳定性和可 靠性的半导体芯片，以满足金刚石热沉应用的需 求。纳米技术和超高真空烧结等优化工艺将最有 可能实现半导体芯片与金刚石的大面积低温低压 或低温无压连接，从而大幅提高这些半导体芯片 的散热能力，为新一代大功率高集成的半导体芯 片封装奠定技术基础。
从国家战略发展角度来看，金刚石热沉因 其一些独特的物理与化学性质(高热导率、高耐 磨损性、高化学稳定性等)，在高功率半导体器 件、光电子器件、能源、航空航天等领域具有广 泛的应用前景。加快金刚石热沉技术的研发和产 业化将有助于提高国家的前沿技术竞争力和产业 水平，以及推动我国经济转型和创新发展。
作为一家致力于半导体研究的科技公司，化合积电产品的生产技术和产品质量以达到国际领先水平，与海内外诸多著名公司及科研机构常年保持密切合作和联系，获得了客户和市场的认可。化合积电大力推动金刚石热沉片、氮化铝薄膜等产品的规模化发展。
