当纳米级晶体管以千兆赫兹的速度切换时，电子在电路中高速运动，并将能量以热量的形式散失——这就是你用笔记本电脑或手机时手指被烫伤的感觉。随着芯片上晶体管数量的不断增加，我们失去了有效散热的空间。热量不再像以前那样迅速扩散到整个硅片上（这样更容易散热），而是积聚形成热点，这些热点的温度可能比芯片其他部分高出几十度。这种极端高温迫使系统降低CPU和GPU的性能，以避免芯片损坏。
最初追求小型化的努力已经演变成一场与热能的斗争。这一挑战遍及所有电子产品。在计算机领域，高性能处理器需要不断提高功率密度。在通信领域，无论是数字系统还是模拟系统，都要求晶体管提供更大的功率，以实现更强的信号和更快的数据传输速率。在用于能量转换和分配的电力电子器件中，效率的提升正受到热限制的制约。
与其让热量积聚，不如从一开始就将其分散到芯片内部。分散热量可以降低关键器件和电路的温度，并使其他久经考验的冷却技术更高效地工作。为了实现这一点，我们必须在集成电路内部，距离晶体管仅几纳米的地方引入一种高导热材料，同时又不能破坏晶体管任何极其精确和敏感的特性。
在某些方面，金刚石堪称理想之选。它是地球上导热性最佳的材料之一—比铜的导热效率高出许多倍——同时又具有良好的电绝缘性。一种适合散热的金刚石，它可以直接覆盖在半导体器件上，而且温度足够低，即使是先进芯片中最脆弱的互连线也能安然无恙。
潜在的益处可能非常巨大。在我们早期的一些氮化镓射频晶体管中，添加金刚石后器件温度降低了50°C以上。在较低的温度下，晶体管对X波段无线电信号的放大倍数比以前提高了五倍。对于先进的CMOS芯片而言，金刚石的作用将更加重要。研究人员预测，即将推出的芯片制造技术可能会使热点温度升高近10°C。
热量产生于晶体管及其互连线内部，因为电流流动会遇到电阻。这意味着大部分热量产生于半导体衬底表面附近。热量随后会向上扩散，穿过金属和绝缘层，或者直接穿过半导体本身，具体取决于封装结构。之后，热量会遇到导热界面材料，该材料旨在将热量分散开来，最终到达散热器、散热片或某种液体冷却系统，由空气或液体带走热量。
目前主流的冷却策略主要集中在散热器、风扇和散热片等方面的改进。为了追求更高效的冷却效果，研究人员探索了利用微流体通道进行液体冷却以及使用相变材料散热。一些计算机集群甚至将服务器浸入导热且绝缘的液体中。
最大的问题在于芯片材料的导热性差，导致热量滞留在芯片内部并集中，从而使芯片内部温度飙升。温度越高，晶体管漏电流越大，造成功率损耗；而且老化速度也越快。
散热片可以让热量横向扩散，从而分散热量，使电路冷却。但它们的位置——当然是相对而言——距离发热点较远，因此对局部过热
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。
