[01647063]高品质金刚石散热片研究

现在电子和光电子产品迅速朝着速度更快、体积更小、功率更高的方向发展，小体积、高功率的电子和光电器件由于在小面积上产生大量的热(高达几个kW/cm<'2>)而导致一个极大的热通量，使其面临严重的降温问题，必须在器件和降温系统之间放置高热传导率的夹层来将这个高热流导出，防止局部过热，这已成为电子和光电子产品必须解决的关键问题。该课题组在天津市基金支持下开展了高品质金刚石散热片研究，主要创新内容有：首先，该项目主要目的是利用该课题组自行设计的(直流+射频)等离子体增强热丝法CVD设备制备热导率达到14W(cmK)-1的高品质金刚石散热片。经过几年的努力，课题组已经实现了这一目标。厚约120微米样品经PTDS-Ⅱ光热偏转薄膜热导测试仪测试热导率达到15.87W(cmK)-1，超过合同指标，大大降低了成本，相关关键技术已经申请发明专利1项。其次，课题组对金刚石/硅复合膜的导热特性的研究获得了创新性研究结果。课题组发现复合膜不同于金刚石自支撑厚膜的热导率；对于自支撑厚膜，厚度和纯度与导热特性呈正比；而对复合膜而言，交界面的制备是影响其热导率的最关键因素之一。在一些情况下，致密均匀无空隙的交界面对复合膜热导率有决定性影响。相关研究已发表。结合以上研究，课题组首先在硅上制备一层均匀致密的纳米金刚石薄膜再用厚膜制备技术制备高sp3含量的金刚石薄膜质量的金刚石薄膜。利用这种方法制备的金刚石膜厚75微米的金刚石/硅复合膜的热导率达到5.9W(cmK)-1超过铜的最高热导率。不论是要制备高热导率的金刚石厚膜还是要制备高热导率的金刚石/硅复合膜，关键都需要在沉积开始阶段首先制备出一层均匀致密的高sp3的金刚石薄膜。该研究开展了高品质金刚石散热片研究，因此项目针对均匀致密的纳米金刚石薄膜的制备作了相关研究。提出了氢氧混合气氛刻蚀制备金刚石纳米晶薄膜的方法。并探讨了相关机理。相关研究已发表。最终课题组得到了粒径大约为20纳米的金刚石薄膜的制备工艺。实现了工艺技术的新突破。以上研究结果可以有效提高微电子器件的散热能力。