Експлозија рачунарске снаге{0}}великих модела повећала је густину снаге АИ чипова и полупроводничких уређаја треће{1}}генерације. Традиционални бакарни и алуминијумски хладњаци достигли су плафон физичких перформанси. У сценаријима високог{4}}топлотног{5}}тока, напредак у дисипацији топлоте се више не ослања само на оптимизацију структуре-ограничења унутрашњег учинка материјала су постала одлучујуће уско грло за стабилност и век трајања врхунских-уређаја. Захваљујући својим изванредним свеобухватним физичким својствима, дијамант брзо прелази из лабораторијског материјала у индустријску примену, постајући основни материјал који преобликује пејзаж термичког управљања врхунским-чиповима.
Укупне перформансе Диамонда у расипавању топлоте су изузетне, а његова основна предност произилази из његовог јединственог механизма топлотне проводљивости. За разлику од бакра и алуминијума, који се ослањају на слободне електроне за пренос топлоте и имају инхерентна ограничења, дијамант спроводи топлоту путем фононског транспорта, суштински пробијајући плафон топлотне дисипације традиционалних металних материјала.
Једно-кристални дијамант постиже топлотну проводљивост на собној-температури од 2000–2200 В/(м·К)-5 до 6 пута већу од бакра и више од 9 пута већу од алуминијума. У исто време, његов низак коефицијент термичког ширења (1,0–1,2×10⁻⁶/К), ултра-висока електрична отпорност и ниска диелектрична константа чине га савршено компатибилним са захтевима за паковање чипова. Истовремено се бави три главна изазова високог термичког оптерећења, термичке неусклађености и електричних сметњи, и препознат је као „крајњи материјал“ за расипање топлоте у АИ чиповима и ГаН енергетским уређајима.
Што се тиче хладњака за чипове, потребно је истовремено узети у обзир топлотну проводљивост, структурну прилагодљивост и цену масовне{0}}производње. Док чисти једно-кристални дијамант нуди екстремне перформансе, тежак је за обраду и скуп за производњу на великим површинама, што га чини неприкладним за-производњу великих размера. Ово је кључни разлог зашто је индустрија напустила пут универзалних чистих дијамантских хладњака и уместо тога се окренула давању приоритета дијамантским композитним материјалима.
Тренутно, индустријски најзрелији и најближи широкој{0}}примени је композитни материјал дијамант-бакар. Овај материјал користи дијамантске честице као фазу за ојачавање и бакар као матрицу, комбинујући ултра-високу топлотну проводљивост дијаманта са дуктилношћу и лемљивошћу бакра, постижући равнотежу између перформанси и инжењерске практичности. Његова топлотна проводљивост достиже 600–1000 В/(м·К), 1,5–2,5 пута више од чистог бакра. Подешавањем запреминског удела дијаманта, коефицијент топлотног ширења може се прецизно ускладити са полупроводничким материјалима као што су СиЦ и ГаН, ефикасно решавајући проблеме са кривљењем и кваром{9}}лемних спојева узрокованих термичком неусклађеношћу у традиционалним бакарним хладњацима.
Међутим, постоји скривена инжењерска баријера: квалитет спајања дијамант-бакар директно одређује крајње перформансе одвођења топлоте готовог производа. Лоша међуфазна веза доводи до велике међуфазне термичке отпорности, што значајно смањује топлотну проводљивост. Стога, фини процеси као што су модификација површине дијаманта и легирање бакарне матрице представљају кључне технолошке баријере које одвајају водеће компаније од осталих и обезбеђују принос производње-они су такође кључне конкурентске тачке у индустрији.
Индустрија дијаманата прати два главна техничка правца-монокристални-кристални и поликристални-са значајно различитим темпом индустријализације. Једнокристални дијамант није само одличан{5}}материјал за дисипацију топлоте већ и полупроводник високих{6}}широких{7}}појасних размака, који нуди предности као што су висок напон пробоја, јака отпорност на зрачење и висока мобилност носача, са будућим потенцијалом за употребу на високој{8}}температури тканине. Међутим, раст монокристала-велике површине{11} остаје изузетно изазован. Уобичајене методе -тродимензионалног раста-растања и (поплочавања) експанзије{15}}имају строге захтеве за квалитет кристала семена и окружења таложења, и још увек пате од проблема као што су празнине и не{16}}неуједначен раст, што отежава скоро{17}}комерцијалну примену.
Поликристални дијамант произведен ЦВД процесима, иако има нешто нижу топлотну проводљивост (1000–1800 В/(м·К)) од моно- дијаманта због расејања фонона на границама зрна, може се производити на великим површинама и по нижој цени на масовној скали. Његова топлотна проводљивост се стално побољшава са повећањем величине зрна. Међу њима, микрокристални и поликристални дијаманти великих{5}}зрнаца нуде добар баланс перформанси, величине и цене, а њихов напредак у индустријализацији у -одводу топлоте уређаја врхунског квалитета далеко надмашује онај код врхунских монокристалних производа-.
Тренутно се производња ЦВД дијаманата углавном ослања на четири врсте метода, међу којима је процес МПЦВД (микроталасна плазма хемијско таложење парама) пожељан избор за производњу високо{0}}квалитетног поликристалног дијаманта због његових предности одсуства контаминације електродама, стабилне плазме и параметара који се могу контролисати. Међутим, овај процес се суочава са уским грлом у чврстој опреми: припрема дијамантских филмова-велике површине захтева већу снагу микроталасне пећнице и нижу микроталасну фреквенцију, тако да су величина и излаз производа у потпуности ограничени хардверским перформансама микроталасног генератора.
Ово ограничење опреме директно утиче на цео индустријски ланац. Врхунски увезени МПЦВД системи{1}}су скупи и имају дуго време испоруке, ограничавајући темпо проширења домаћег капацитета. У исто време, МПЦВД опрема велике{3}}произведене домаће производње брзо се понавља и разбија технолошки монопол у иностранству. Брзина његове масовне-увођења у производњу директно ће одредити путању-смањења трошкова дијамантских материјала за расипање топлоте{7}}, а самим тим и да ли овај материјал може да продре из врхунских-специјализованих апликација у главне индустрије рачунарства-као што су АИ сервери и акцелераторске картице.