金刚石热沉片的导热原理

金刚石是现在已知自然界中热导率最高的物质，可分为单晶和多晶。凯发k8国际高品质单晶金刚石在室温下的导热系数高达2000W/(m·K)以上，多晶金刚石在室温下的导热系数最高可接近2200W/(m·K)。是什么让金刚石具有如此高的导热率？这其中究竟蕴含着什么原理？接下来就让我们一起来揭晓奥秘！

第一时间，从金刚石的晶体结构进行分析，这是由于其独特的晶体结构决定的：金刚石是碳的一种晶体，其中的碳原子之间都是以共价键结合起来的，故称其为共价键晶体。共价键中的电子与原子核之间存在着很强的Coulomb吸引力，故共价键的能量在所有价键中是最高的，因而共价键晶体具有很高的熔点和较高的弹性模量（即不容易发生弹性形变），脆而硬。金刚石的共价键能量很高，难溶于几乎所有的溶剂中，并且很难延展，即无塑性、且易碎。

金刚石的原子结构

结合晶体导热原理——顺利获得晶格振动即声子导热，而晶体热导率由热容、声子平均自由程、声子速度决定。金刚石晶格非谐振动弱，非谐效应会使得原子间的振动互相耦合，从而频繁改变振动的传播方向，阻碍振动的自由传播，这恰恰是降低热传导性能的重要原因。金刚石振动的非谐效应弱，因此热导率自然就高。同样的原理，当温度升高时，振动幅度加大，非谐效应增强，热导率也就下降了。

此外，用声子的语言来描述: U型声子散射会降低声子的平均自由程，从而降低热导率。但这类散射需要两个声子的波矢之和落在第一布里渊区之外，因此需要长波矢声子的参与。由于金刚石的Debye温度非常高 (~2200 K)，导致在同样温度下，金刚石中长波矢的声子数远少于其他材料，因此U型声子散射的概率低，热导率高。

晶格振动的热传导

由于优异的导热性能，使得金刚石在军事、航空航天、传热等多领域有着广阔的应用前景，可作为大功率微波器、激光器和半导体开关器件的散热片,也可作为大规模集成电路的绝缘散热衬底。现在大多数散热片都是用铜材制造的，而金刚石的热导率是铜的 5倍,可以想象，以金刚石代替铜来制备散热元件可大大提高效率。金刚石薄膜在热沉方面的应用也引人注目,先制备一层厚0.5~1.0mm的金刚石膜激光切成所需的形状尺寸,抛光后镀上、金、等金属涂层,即可作为热沉用。除此之外，金刚石还在5G芯片、激光二极管阵列、高速计算机CPU芯片多维集成电路、大功率雷达微波行波管导热支撑杆、卫星扩热板、微波集成电路基片等高技术领域均有应用。

现在，凯发k8国际作为不断专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的制造商，致力于成为全球领先的宽禁带半导体材料公司，现在给予TC1200，TC1500，TC1800，TC2000等多种标准化多晶金刚石热沉片，以及热导率＞2000W/(m·k)单晶金刚石，是极佳的散热材料。同时，根据客户需求，可给予金属化、图形化及AuSn焊料层等。公司其他核心产品还包括金刚石基氮化镓、单晶金刚石和金刚石基氮化铝、硅基氮化铝和蓝宝石基氮化铝等，产品可应用于5G基站、激光器、医疗器械、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。