LED具有优秀的性能,电光转化效率高、绿色环保、寿命长、具有体积小、亮度高等。虽然 LED的理论发光效率很高,但其实际发光效率仍然比较低,大部分 LED 芯片的最终发光效率只有10%~20%, 这意味着80%~90%的电能转化成了热量,只有少部分转化为光能。传统的被动散热方法会大大降低 LED 的使用寿命。所以,影响 LED 使用寿命和光照强度的一个重要因素就是其散热系统的缺陷。
金刚石的热导率是铜的 4-5 倍,并且它的热膨胀系数同具有较高热导率的其他金属材料相比,更接近于制作电子器件的 Si 等材料的热膨胀系数,因而是大功率半导体激光器、 微波器件和集成电路的理想散热衬底材料。同时,它本身又是极好的绝缘材料。因此可以将 CVD 金刚石膜用作 LED 的散热系统,有效提高 LED 的散热效率。
利用金刚石的散热特性,将传统的点散热改为面散热,进一步证明了 CVD 金刚石膜是理想的 LED 散热材料。CVD 金刚石薄膜可以有效降低 LED 的工作温度;在相同的制备成本下, 提高薄膜的厚度比提高薄膜的纯度更有利于提高 LED 的散热效果,因此可以在 Si 衬底表 面沉积金刚石薄膜散热层以提高 LED 的散热能力。
利用硅作衬底沉积金刚石膜,再将其直接应用于 LED 的封装可以有效的达到 LED 元件的散热效果。LED 器件的散热分为一次封装散热和二次热沉散热两部分,一次封装散热主要是通过改善 LED 自身封装材料和结构进行散热,二次热沉散热主要是通过设计开发外部的热沉结构对 LED 进行热控制。
超高功率LED光源的应用需求逐年增长,高热导的金刚石材料对提高LED 的功率密度起到了极为关键的作用,有着广阔的应用前景。金刚石衬底与目前最先进的碳化硅衬底GaN器件相比,拥有更高的面功率密度,温度降低了40%~45%。采用金刚石散热结构的LED光源,不仅使得LED光源的功率、可靠性和寿命有了量级级别的提高,而且与传统大功率LED光源相比具有更小的体积和质量,整个光源的生命周期和制作成本也有明显的降低。
化合积电采用最先进的 MPCVD装置,制备大面积高品质金刚石膜,具有高厚度均匀性和高生长速率以及采用研磨抛光专用设备,使金刚石热沉片热导率达1000-2000W/m.k,CVD金刚石生长面表面粗糙度 Ra < 1 nm。核心产品是晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石基氮化镓异质集成、金刚石窗口片等。