当传统热管理方案在 3D 堆叠芯片、高功率器件面前逐渐失效，一场关于 “散热革命” 的探索应运而生。通过在氮化镓、硅等半导体材料表面生长金刚石涂层，意外发现其与氮化硅界面形成的碳化硅中间层，能大幅降低 TBR，打破了长期以来的技术桎梏。这一突破不仅在 GaN HEMT 器件中实现了 70℃的显著降温，更成功延伸至 3D 堆叠 CMOS 芯片领域，提出 “热支架 + 热柱” 的垂直散热方案，为多层芯片架构扫清了热瓶颈。
热支架将连接三维堆叠硅芯片中不同芯片上的散热多晶金刚石层。这些热柱将穿过每个芯片的互连线和介电材料，使热量垂直传递到整个堆叠结构中。
最终，在氮化硅覆盖的氮化镓上生长金刚石时，观察到了一些意想不到的现象：测得的TBR值远低于先前报道的预期值。
通过对界面科学与工程的深入研究，找到了热阻比降低的原因。金刚石和氮化硅界面处的互混导致了碳化硅的形成，碳化硅如同声子的桥梁，促进了更高效的热传递。采用碳化硅界面后，器件热性能显著提升。
在氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）中测试新型低TBR金刚石涂层。这些器件通过控制流经沟道内形成的二维电子气的电流来放大射频信号。一种名为N极性氮化镓的特殊材料在高频下，尤其是在W波段（微波频谱的75至110吉赫兹部分），展现出卓越的功率密度。
这些HEMT之所以成为理想的测试案例，是因为其一个显著的特点：控制电流流过的栅极距离晶体管沟道仅有几十纳米。这意味着热量产生的位置非常靠近器件表面，任何金刚石涂层可能造成的干扰都会迅速影响器件的运行。
引入了金刚石层使其完全包裹HEMT，甚至包括侧面。通过将生长温度控制在400°C以下，研究人员希望能够保持器件的核心功能。虽然观察到高频性能有所下降，但散热方面的提升非常显著—沟道温度大幅降低了70°C。这项突破有望成为射频系统的一项变革性解决方案，使其能够以前所未有的更高功率运行。
在氮化镓中对热边界电阻进行的实验表明，类似的方法也适用于硅。当把金刚石与硅集成在一起时，结果令人瞩目：形成了一层碳化硅中间层，使得金刚石具有优异的热界面。
同时研究引入了热支架的概念。在该方案中，纳米级厚度的多晶金刚石层被集成到晶体管上方的介电层中，用于散热。这些金刚石层通过垂直的热导体（称为热柱）连接，热柱由铜或金刚石制成。这些热柱连接到另一个散热器，该散热器又连接到3D堆叠中下一个芯片上的热柱，以此类推，直到热量到达散热器或其他冷却装置。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
