眾所周知，金剛石是自然界中已知熱導(dǎo)率最高的材料,其熱導(dǎo)率約為銅的5倍，硅的14倍，同時(shí)其具有非常穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，以及極高的機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣性，是制作極高熱流密度電子器件散熱元件的理想材料。目前，厚度超過(guò)3 mm的金剛石微槽道散熱器已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)衛(wèi)星和航天器。
圖 1 φ127mm熱學(xué)級(jí)金剛石膜
河北普萊斯曼金剛石科技有限公司采用自主研制的915MHz/75kW高功率微波CVD裝置成功制備了平均厚度超過(guò)5.6mm的大面積（φ127mm）熱沉級(jí)金剛石膜，如圖1，圖2所示，金剛石膜表面形貌非常均勻，其厚度偏差小于±10%。
圖 2 φ127mm熱學(xué)級(jí)金剛石膜，平均厚度5.6mm
與其它化學(xué)氣相沉積方法相比，微波CVD法因?yàn)楣β蔬B續(xù)可調(diào)，無(wú)電極污染，等離子體密度高等優(yōu)點(diǎn)，更有利于制備均勻、完整、高質(zhì)量、高熱導(dǎo)率的金剛石膜材料。圖3展示了此金剛石膜樣品從25℃到180℃條件下熱導(dǎo)率的變化。從圖中可以看出室溫下金剛石膜樣品的熱導(dǎo)率超過(guò)20W/cm·K，高溫180℃條件下的熱導(dǎo)率仍然高達(dá)13.2W/cm·K，這與國(guó)外高品質(zhì)金剛石膜熱導(dǎo)率的測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致。國(guó)外有學(xué)者測(cè)試了從-200℃到600℃條件下不同質(zhì)量金剛石膜熱導(dǎo)率的變化，其中高質(zhì)量金剛石膜的熱導(dǎo)率在-150℃時(shí)達(dá)到最高值54W/cm·K，而溫度的降低和升高都會(huì)導(dǎo)致熱導(dǎo)率的下降。
圖 3 金剛石膜不同溫度下熱導(dǎo)率的變化
無(wú)論用作電子散熱器件或者高功率光學(xué)窗口，金剛石膜大多工作于高溫狀態(tài)下。因此，金剛石膜在不同溫度下的熱膨脹系數(shù)是一個(gè)十分重要的參數(shù)。如圖4所示，室溫室時(shí)金剛石膜的線膨脹系數(shù)為1.07e-6/℃，與天然金剛石的室溫線膨脹系數(shù)基本一致，隨著溫度的升高金剛石膜的線膨脹系數(shù)呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，300℃時(shí)金剛石膜的線膨脹系數(shù)提高到2.13e-6/ ℃。雖然提高了近一倍，但是金剛石膜在高溫下的熱膨脹系數(shù)仍然只相當(dāng)于銅在室溫下熱膨脹系數(shù)的大約八分之一。
圖 4 金剛石膜膨脹系數(shù)隨溫度的變化
目前，此高熱導(dǎo)率金剛石厚膜樣品已提供給中電某所用于國(guó)家重大項(xiàng)目研究。我們希望能夠進(jìn)一步提高金剛石產(chǎn)品質(zhì)量，更多更好地服務(wù)于國(guó)內(nèi)各科研單位。
