金刚石热沉片助力大功率 LED 散热，稳定运行

相较于传统白炽灯器件，LED发光二极管具备低驱动电压、节能环保、工作稳定性高、响应速度快、无重金属汞污染等诸多技术优势，现已广泛应用于各类高端照明与光电场景。在大功率LED器件迭代升级过程中，散热性能的优化提升是突破器件功率上限、保障长期可靠运行的核心关键。金刚石材料拥有室温环境下最优的导热性能，同时具备优异的绝缘特性，是适配大功率LED封装散热的理想功能材料，金刚石热沉片可有效解决高功率LED的温升难题，为器件稳定工作提供可靠保障。

实验制备的金刚石薄膜分别通过扫描电子显微镜（SEM）与拉曼光谱（Raman）完成微观形貌与晶体质量表征。为量化金刚石薄膜的实际散热效能，实验将镀有金刚石薄膜的硅基片直接用于LED发热单元封装，通过统一输入等效功耗的方式开展温升对比测试，持续记录器件不同工作时长的表面温度变化，以此评判薄膜散热性能优劣。本次实验设定判定标准为LED器件连续工作5min内表面温度不超过100℃即为散热合格；对照组未增设金刚石薄膜，直接将LED封装于纯硅基底表面，器件短时间内温升即突破100℃，无法满足大功率LED工作散热需求，详细测试结果如表2所示。

通过对不同甲烷浓度工况下制备的金刚石薄膜开展拉曼光谱测试分析可知，两组样品光谱均在1332cm⁻¹位置出现典型金刚石特征吸收峰，同时在1550cm⁻¹位置检测出无定形碳杂质特征峰。结合特征峰强度对比结果能够明确，较低甲烷浓度工况下制备的金刚石薄膜晶体纯度更高、杂质含量更少，薄膜整体质量更优。实验证实，将甲烷浓度由4%下调至2%，可有效抑制非晶碳杂质生成，显著提升CVD金刚石薄膜的结晶完整性与成型质量。

在其余沉积工艺参数保持恒定的实验条件下，甲烷碳源浓度的变化对金刚石薄膜生长速率与成型品质存在显著影响。适当提升碳源浓度可加快薄膜生长速率，制备获得更大厚度的金刚石薄膜，但会导致薄膜内部缺陷与非晶杂质增多，整体晶体质量有所下降；反之，降低甲烷碳源浓度能够有效提纯薄膜晶体结构、提升薄膜综合品质，但薄膜生长速率放缓、成型厚度偏小。本次实验A、B两组不同工艺参数制备的金刚石薄膜样品，均可满足大功率LED器件的散热使用标准。传统硅基无薄膜散热结构下，LED芯片产生的热量仅能通过芯片本体单向传导至封装导热胶、硅基底等低热阻介质，属于散热效率极低的局部点散热模式，极易造成热量集聚与温度骤升。而在硅基底表面引入金刚石薄膜散热层后，依托金刚石材料超高导热特性，可快速将LED芯片局域热点热量均匀扩散至整片薄膜区域，再通过薄膜全域结构向周边介质完成高效热传导，实现由传统点散热向全域面散热的模式升级，大幅提升散热效率，有效抑制大功率LED器件工作温升。

综合实验结果可得，微波CVD沉积工艺中甲烷碳源浓度直接决定金刚石薄膜的生长效率与晶体品质；金刚石薄膜作为热沉材料可显著改善大功率LED器件的散热工况，有效控制器件工作温度。在制备成本等效的前提下，通过工艺优化提升金刚石薄膜生长速率、增大薄膜有效散热面积，相较于单纯提升薄膜晶体纯度，能够获得更显著的散热性能增益。综上，微波法制备的CVD金刚石薄膜适配大功率LED严苛的散热工况，是该领域极具应用价值与推广潜力的优质散热材料。

化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。