2月25日消息，美国莱斯大学科研团队开发出可规模化制造的图案化金刚石散热层技术，能将电子器件工作温度直接降低 23℃，为高功率芯片散热瓶颈提供全新工程化路径。相关研究成果已于2月23日发表于国际顶级期刊《Applied Physics Letters》。

一种生长图案化金刚石表面的方法

       金刚石凭借超高热导率，一直是散热材料领域的 “黄金标准”，但极高硬度带来的加工难题，长期限制其在芯片领域的实际应用。传统 “自上而下” 方案需先制备整块金刚石，再切割雕刻，不仅成本高昂，还易造成材料损伤，难以适配半导体量产需求。

       针对这一痛点，莱斯大学团队创新提出 “自下而上” 金刚石生长策略 ，直接在芯片表面精准构建导热金刚石层，绕开传统加工短板。

       该技术核心采用微波等离子体化学气相沉积工艺，流程清晰可量产：

• 利用光刻技术在芯片表面制作图案化 “模板”
• 铺设纳米金刚石 “晶核”，为晶体生长奠定基础
• 含碳气体在微波作用下转化为等离子体，碳原子沿晶核逐层生长，形成高效导热金刚石层

       研究团队指出，成核环节是技术关键，直接决定金刚石晶体结构与导热效率，而可控的生长方式，可实现热量精准导出，大幅提升散热效率。

       工艺灵活性与兼容性，是该技术走向产业化的核心优势。针对高分辨率复杂场景，采用光刻制种技术；面向大面积应用，适配激光切割薄膜方案，可覆盖不同芯片制造需求。同时，工艺完美兼容硅、氮化镓等主流半导体基底，能无缝对接现有半导体产线。

       材料科学与纳米工程助理研究教授 Xiang Zhang 表示，热量是制约电子器件性能的核心因素，降温 23℃具备显著工程价值，既能延长器件寿命，又能在安全温度范围内提升芯片运行速度。

       目前，该技术已成功扩展至2 英寸晶圆制造规模，验证了规模化可行性。项目负责人 Pulickel Ajayan 教授表示，团队已找到高效可行的路径，将金刚石散热技术集成至电子器件，未来有望赋能 AI 芯片、5G 硬件、手机、电池及高性能计算设备，全面提升设备效率与可靠性。

       据了解，团队下一阶段将聚焦金刚石层与底层器件的界面结合优化，进一步强化结构整合度。该环节若实现突破，将为下一代高速率、高功率晶体管的研发与量产扫清关键障碍，推动半导体散热技术迈入金刚石时代。