高功率密度下，GaN 器件的 “自热效应” 会让芯片有源区温度飙升：当功率密度达到 6W/mm 时，沟道温度甚至会突破 200℃！这不仅会导致器件性能衰减，还会让可靠性直线下降 —— 研究显示，温度每升高 30℃，GaN 器件的平均失效时间就会缩短一个数量级。
传统散热方案更是 “力不从心”：蓝宝石衬底热导率仅 27W/(m・K)，硅衬底 150W/(m・K)，即便是性能较好的 SiC 衬底，热导率也只有 490W/(m・K)，根本无法快速导出高功率产生的热量。不过别急，有一种材料正在改写这一局面 ——金刚石。
目前行业内已经发展出两种主流技术路线，各有优势，共同推动散热性能突破。
这种技术的核心思路是 “先剥离、再键合”：
首先将 GaN 外延层从原始的 Si 或 SiC 衬底上小心剥离，然后对 GaN 表面和金刚石衬底进行纳米级抛光（粗糙度需控制在 2nm 以下），接着沉积 SiN、BN 等键合介质，最后在低于 180℃的低温下完成键合，去除临时载体。
英国 BAE Systems 通过这种技术，实现了 3-4 英寸的金刚石衬底 GaN 晶圆，在 10GHz、40V 偏压下，输出功率密度达到 11W/mm，是传统 SiC 衬底器件的 3.6 倍，功率附加效率（PAE）还能保持 51%。更重要的是，低温键合不会损伤 GaN 器件的电学特性，器件在高功率下的结温也大幅降低。
不过，这种技术也有挑战：大尺寸金刚石衬底的高精度加工难度大，对平行度、变形量的要求极高；而且 GaN 与金刚石的界面热阻目前最低只能做到 34 (m²・K)/GW，仍有优化空间。
背面直接生长技术就是：
先去除 GaN 器件的原始衬底和部分缓冲层，在 GaN 外延层背面沉积一层薄介电层（如 SiN、AlN）保护 GaN，然后直接用 CVD 法在介电层上生长金刚石薄膜（厚度约 100μm）。
这种技术的最大优势是界面结合紧密，热阻极低。文献报道显示，通过优化介电层厚度（如 5nm 厚的 SiN），GaN 与金刚石的界面热阻最低可达到 6.5 (m²・K)/GW，远低于低温键合技术。
美国 Group 4 Labs 用这种技术做出了 4 英寸的金刚石衬底 GaN 晶圆，器件在 290℃下能连续稳定运行 9000 小时，350℃下也能运行 3000 小时；沟道温度比传统 SiC 衬底降低 25%，10GHz 下的射频功率密度达到 7.9W/mm，完全满足高功率场景需求。
国内团队也不甘落后，北京科技大学通过优化介电层和沉积工艺，成功抑制了 GaN 在高温下的分解，让金刚石与 GaN 的结合更稳定，为国产技术突破奠定了基础。
从实验室到产业应用，金刚石热沉正在一步步打破 GaN 器件的散热瓶颈。当低成本、大尺寸的金刚石衬底成为常态，当界面热阻和应力控制难题被攻克，GaN 基功率器件的功率密度还能再上一个台阶 —— 届时，5G 基站的覆盖范围会更广，雷达的探测距离会更远，卫星通信的速率会更快。
对于半导体行业来说，金刚石与 GaN 的结合，不仅是 “散热技术的突破”，更是 “第三代半导体性能潜力的释放”。相信在不久的将来，这种 “钻石级” 的散热方案，会成为高功率电子设备的标配！
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