前不久，美国国防部高级研究计划局(DARPA)给雷神公司拨了1500万美元，用于研究钻石对氮化镓材料热管理方案，据雷神介绍，此研究成功将使氮化镓雷达的功率再提升2-3倍。无独有偶的是，也就在这稍早一点的时间，中国发布了没有申请专利的发明（下图，没查到专利号），与此类似。

我们知道，氮化镓材料具备禁带宽、载流子迁移率高等特点，是第三代半导体材料，而且耐高温，是射频与功率半导体的理想材料，但是，本领再高，也怕菜刀，随着温度的升高，氮化镓器件的输出功率和效率会迅速恶化。传统的散热方式是加铜、铝散热片，再高档一点的是陶瓷，但这个散热效率与金刚石热沉片比起来，那是绝对的小巫见大巫，据报道，较当前先进的陶瓷氮化铝热导率来说，它只有金刚石热沉片的1/3-1/6倍，即便是金刚石铜复合片，金刚石热沉片热导率也是它的2-4倍，它的热导率高达1000-2000W/m.K。

氮化镓材料制备器件的热量是从内部工作结开始的，伴随着大功率输出，这些热量在衬底内部无法有效快速散发出去，这意味着最接近工作结的地方，就是最佳的散热位置。

最接近工作结的位置，用金刚石热成片作为氮化镓衬底无疑是很好的解决方案，但这里有两个问题，一是技术，二是成本。

从技术上讲，以金刚石作衬底，这意味着它必须生长成与氮化镓相似的晶格，这样才能保证氮化镓射频与功率器件的性能。其次氮化镓材料上生长金刚石时温度较高，同时异质材料生长应力较大，如果没有同质临时载片支撑，很容易出现因应力过大导致开裂的问题。

从成本上讲，国际上天然钻石的价格已过千美元每拉克，但这个杂质太多，不能用，人造金刚石最便宜的是中国河南，价格也不便宜，2018年时是天然的半价，据说印度利用这个价格差在西方国家赚了不少钱。美国72%人造金刚石是从这里进口的。而且装饰用金刚石与衬底的晶格是不一样的。

金刚石与氮化镓外延层的异质集成、制备方法就是为了解决金刚石生长应力过大导致开裂的问题。1……，利用二维材料剥离方法去除第一金网石材，得到金刚石村底复化异质集成外延片。

利用这种方法制备的射频及高功率器件，可广泛应用于半导体激光器、电阻器、超大功率LED芯片、大功率器件、氮化镓外延生长、卫星扩热板、雷达功率组件、微波毫米波（MMIC）功率放大器、发射器、RF功率放大器、滤波器、大功率激光武器等。目前由于价格问题，还只是卫星、5G基站、光伏、风力发电、新能源车、储能等对热管理需求高的领域。

其实对于热管理要求高的方案，华为也有一个专利，是与哈尔滨工业大学联合申请了，不过这是一种硅与金刚石的三维集成芯片，采用的是混合键合方法，由于硅基芯片的功率摆在那里，美国雷达估计用不上，但这种方法很有前景，这是一种直接从工作结散热的方案，比衬底方案更深一层次。

美国拆巨资寻找氮化镓半导体的散热方案，这应该是有原因的，目前雷神公司正在生产氮化镓材料的SPY-6雷达，它已应用到福特号与伯克Ⅲ上，星座护卫舰也打算安装；F35的APG-85也采用了类似材料，可能正是因为热管理原因，导致雷达的功率受到了限制，在这方面，美国此前就过亏，F/A-E/F受限于发动机的发电量，为了更好的热管理，氮化镓APG-79的雷达直径不得不小了一圈。

作为雷达，它的重量与供电是很重要的，此前的雷达需要一套庞大而复杂的制冷系统，有此甚至用上液态金属作为制冷液，庞大系统还需要电，当这些雷达在飞机与舰船上，影响是显而易见的，但是如果采用金刚石作个衬底，尽管贵了一些，但也许雷达就可以是风冷式了，至少也不用那么复杂，那么重，用那么多电。

美国花巨资研发氮化镓半导体材料的金刚石散热方案，中国某企业也在此稍早前公布类似的方案，说明金刚石对半导体材料的散热作用确实有不可替代的作用，因此同时被两看上。

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参考资料:

环球日报:《美媒：美公司研发用钻石改造传感器，可避免雷达过热》

化合积电:《散热材料天花板！金刚石热沉片成为电力电子散热最理想材料》

证券时报:《行业利好！华为金刚石芯片技术专利曝光；培育钻石概念股股价一路飙升》

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