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超大,超厚,超高热导率金刚石膜热沉片制备

http://www.momo35.com    来源:微波CVD金刚石    日期:2019-05-06

     众所周知,金刚石是自然界中已知热导率最高的材料,其热导率约为铜的5倍,硅的14倍,同时其具有非常稳定的物理和化学性质,以及极高的机械强度和电绝缘性,是制作极高热流密度电子器件散热元件的理想材料。目前,厚度超过3 mm的金刚石微槽道散热器已成功应用于国内卫星和航天器。

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图 1 φ127mm热学级金刚石膜

       河北普莱斯曼金刚石科技有限公司采用自主研制的915MHz/75kW高功率微波CVD装置成功制备了平均厚度超过5.6mm的大面积(φ127mm)热沉级金刚石膜,如图1,图2所示,金刚石膜表面形貌非常均匀,其厚度偏差小于±10%。

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图 2 φ127mm热学级金刚石膜,平均厚度5.6mm

        与其它化学气相沉积方法相比,微波CVD法因为功率连续可调,无电极污染,等离子体密度高等优点,更有利于制备均匀、完整、高质量、高热导率的金刚石膜材料。图3展示了此金刚石膜样品从25℃到180℃条件下热导率的变化。从图中可以看出室温下金刚石膜样品的热导率超过20W/cm·K,高温180℃条件下的热导率仍然高达13.2W/cm·K,这与国外高品质金刚石膜热导率的测试数据基本一致。国外有学者测试了从-200℃到600℃条件下不同质量金刚石膜热导率的变化,其中高质量金刚石膜的热导率在-150℃时达到最高值54W/cm·K,而温度的降低和升高都会导致热导率的下降。

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图 3 金刚石膜不同温度下热导率的变化

       无论用作电子散热器件或者高功率光学窗口,金刚石膜大多工作于高温状态下。因此,金刚石膜在不同温度下的热膨胀系数是一个十分重要的参数。如图4所示,室温室时金刚石膜的线膨胀系数为1.07e-6/℃,与天然金刚石的室温线膨胀系数基本一致,随着温度的升高金刚石膜的线膨胀系数呈现逐渐升高的趋势,300℃时金刚石膜的线膨胀系数提高到2.13e-6/ ℃。虽然提高了近一倍,但是金刚石膜在高温下的热膨胀系数仍然只相当于铜在室温下热膨胀系数的大约八分之一。

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图 4 金刚石膜膨胀系数随温度的变化

       目前,此高热导率金刚石厚膜样品已提供给中电某所用于国家重大项目研究。我们希望能够进一步提高金刚石产品质量,更多更好地服务于国内各科研单位。

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