眾所周知，金剛石是自然界中已知熱導率最高的材料,其熱導率約為銅的5倍，硅的14倍，同時其具有非常穩定的物理和化學性質，以及極高的機械強度和電絕緣性，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3 mm的金剛石微槽道散熱器已成功應用于國內衛星和航天器。
圖 1 φ127mm熱學級金剛石膜
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5.6mm的大面積（φ127mm）熱沉級金剛石膜，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熱學級金剛石膜，平均厚度5.6mm
與其它化學氣相沉積方法相比，微波CVD法因為功率連續可調，無電極污染，等離子體密度高等優點，更有利于制備均勻、完整、高質量、高熱導率的金剛石膜材料。圖3展示了此金剛石膜樣品從25℃到180℃條件下熱導率的變化。從圖中可以看出室溫下金剛石膜樣品的熱導率超過20W/cm·K，高溫180℃條件下的熱導率仍然高達13.2W/cm·K，這與國外高品質金剛石膜熱導率的測試數據基本一致。國外有學者測試了從-200℃到600℃條件下不同質量金剛石膜熱導率的變化，其中高質量金剛石膜的熱導率在-150℃時達到最高值54W/cm·K，而溫度的降低和升高都會導致熱導率的下降。
圖 3 金剛石膜不同溫度下熱導率的變化
無論用作電子散熱器件或者高功率光學窗口，金剛石膜大多工作于高溫狀態下。因此，金剛石膜在不同溫度下的熱膨脹系數是一個十分重要的參數。如圖4所示，室溫室時金剛石膜的線膨脹系數為1.07e-6/℃，與天然金剛石的室溫線膨脹系數基本一致，隨著溫度的升高金剛石膜的線膨脹系數呈現逐漸升高的趨勢，300℃時金剛石膜的線膨脹系數提高到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仍然只相當于銅在室溫下熱膨脹系數的大約八分之一。
圖 4 金剛石膜膨脹系數隨溫度的變化
目前，此高熱導率金剛石厚膜樣品已提供給中電某所用于國家重大項目研究。我們希望能夠進一步提高金剛石產品質量，更多更好地服務于國內各科研單位。
