X 射线荧光光谱（XRF）技术作为元素分析的关键手段，广泛应用于地质勘探、材料检测、环境监测等领域。随着检测精度与功率需求的提升，XRF 设备的热管理成为制约性能升级的核心瓶颈。金刚石热沉片凭借其极致导热性、抗辐射性及结构适配性，在 XRF 核心部件散热中实现了突破性应用，为设备性能优化提供了关键解决方案。
XRF 设备的激发源（X 射线管阳极）、探测器及单色器等核心部件在工作时会产生高密度热负荷。例如，微焦点 X 射线源的阳极焦点区域热通量可达数百 W/mm²，传统铜、氮化铝（AlN）热沉材料因导热效率不足（铜 401 W/m・K，AlN 170-200 W/m・K），易导致部件过热变形，引发检测精度漂移、设备寿命缩短等问题。
金刚石热沉片的核心优势恰好匹配 XRF 的技术需求：其一，热导率高达 1000-2200 W/m・K（S 级产品≥2000 W/m・K），是硅的 10 倍以上，能快速传导高密度热负荷；其二，热膨胀系数仅 1.0×10⁻⁶/K~4.5×10⁻⁶/K，与半导体探测器材料匹配性优异，可减少热应力损伤；其三，抗辐射能力突出，位移损伤阈值＞10¹⁶ cm⁻²（质子），在强辐射环境下性能稳定；其四，通过 MPCVD 技术可实现不同尺寸定制，厚度公差控制在 ±30μm 内，适配不同 XRF 设备的结构需求。
（一）X 射线阳极的热缓冲层应用
微焦点 X 射线源的阳极靶面受电子束轰击产生大量热量，传统阳极易因热积累导致表面熔损。采用金刚石热缓冲层的反射式阳极，通过快速传导焦点区域的高 heat flux，显著提升了热稳定性。金刚石基阳极将 X 射线源的功率极限提升至原来的 2 倍，有效避免了靶面烧蚀，延长了阳极使用寿命。其核心原理是金刚石的高导热性（＞2000 W/m・K）与高熔点特性，使阳极在微焦点区域的温度快速扩散，维持靶面热平衡
（二）探测器的散热与性能优化
XRF 探测器（如 Si-PIN、SDD 探测器）的检测精度与温度稳定性直接相关，高温会导致暗电流增大、能量分辨率下降。金刚石热沉片通过与探测器芯片紧密贴合，实现高效散热。单晶金刚石的载流子迁移率达 4500 cm²/V・s（电子），暗电流＜1 pA，在室温下即可保证探测器的高电荷收集效率（CCE＞98%）。在同步辐射 ESRF 的 ID22 光束线中，金刚石热沉片的应用使探测器在高通量 X 射线照射下，温度漂移控制在 ±0.5℃内，确保了痕量元素分析的准确性，最低检测限可达 0.3 ppm。
（三）极端环境 XRF 测量的专用适配
在高温高压（HPHT）等极端条件下的 XRF 分析中，金刚石热沉片兼具散热与结构支撑功能。采用金刚石热沉片作为核心组件，可在 10 GPa 压力、1273 K 温度下实现流体中 Rb、Sr、Zr 等元素的原位检测。其优化的 shielding 结构与金刚石的化学惰性相结合，既减少了高温高压下的热干扰，又降低了背景噪声，为地球化学等前沿研究提供了可靠手段。此外，在激光加热金刚石池的 XRF 测量中，金刚石热沉片可承受 5000 K 以上的瞬时高温，保障了极端环境下的测量稳定性。
金刚石热沉片的应用显著提升了 XRF 设备的核心性能：在功率提升方面，使 X 射线源功率极限翻倍；在精度优化上，将元素检测限降至 ppm 级；在寿命延长上，阳极与探测器的运维周期延长 30% 以上。随着技术进步，大尺寸单晶金刚石（30×30mm 以上）的量产降低了成本，推动其在便携式 XRF 设备中的普及。
金刚石热沉片凭借其不可替代的热学与力学性能，已成为 XRF 设备性能升级的核心材料。从常规检测设备的散热优化到极端环境的专用测量，其应用场景不断拓展，技术成熟度持续提升。随着大尺寸、低成本制造技术的突破，金刚石热沉片将在 XRF 及更广泛的辐射检测领域发挥更大价值，为元素分析技术的创新提供关键支撑。
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)和金刚石铜复合材料等，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。
