半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：近日，河南科之誠第三代半導(dǎo)體碳基芯片有限公司研發(fā)人員為第一作者，在國內(nèi)半導(dǎo)體領(lǐng)域核心期刊《半導(dǎo)體技術(shù)》發(fā)表題為《硅基金剛石熱沉在GaN功率放大器中的應(yīng)用》（Application of Silicon-based Diamond Heat Sinks in GaN Power Amplifiers）的研究論文，系統(tǒng)性研究、仿真并驗證了硅基金剛石材料在GaN射頻功放器件上的熱管理效果。

GaN大功率器件高功率密度和不匹配的散熱能力引起結(jié)溫過高，導(dǎo)致其性能下降甚至失效，發(fā)展受限。采用硅基金剛石基板代替常規(guī)的鉬銅基板作為熱沉基板，研究其在器件熱管理中的應(yīng)用。通過COMSOL熱場有限元仿真證明硅基金剛石熱沉在金剛石薄膜厚度為0.08mm厚時，其散熱效果與純金剛石熱沉相近。在相同小信號測試條件下，采用紅外熱像儀進(jìn)行溫度探測。結(jié)果顯示鉬銅熱沉器件的最高分布溫度為83.8℃，硅基金剛石熱沉器件的最高分布溫度為73.1℃，比鉬銅熱沉低10.7℃。隨著功率器件熱耗增加，硅基金剛石熱沉散熱能力更加突出，可代替鉬銅基板，散熱效果與價格昂貴的純金剛石熱沉相近。

經(jīng)試驗驗證：

1. 散熱性能提升：硅基金剛石熱沉導(dǎo)熱效能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鉬銅基板，與單晶金剛石熱沉性能相近，可有效解決5G基站等場景中GaN器件的散熱瓶頸；

2. 成本控制突破：通過在硅基襯底沉積納米級金剛石薄膜，將熱沉材料成本降至單晶金剛石的10%左右，為金剛石材料的規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

以上研究有望重塑射頻功率放大器芯片熱管理市場格局。在高端散熱材料及熱管理技術(shù)長期被日美企業(yè)壟斷，傳統(tǒng)鉬銅基板熱效率難以滿足高功率GaN器件需求的情況下，金剛石材料因其自然界最高的熱導(dǎo)率而倍受關(guān)注。然而，過高的價格（≥1500元/片）嚴(yán)重制約金剛石在熱管理應(yīng)用上的產(chǎn)業(yè)化推廣。

硅基金剛石方案為金剛石熱管理產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣提供了切實有效的路徑。在小微基站布局提速、低柵壓控制技術(shù)突破的背景下，全球GaN功率器件市場年增速超30%（2025年預(yù)計達(dá)30億美元）。該技術(shù)可解決高度集成、高功率GaN功放的散熱難題，更有望應(yīng)用于移動終端，提供高效的熱管理解決方案。依托河南金剛石材料產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢（占全國產(chǎn)量80%），形成“材料創(chuàng)新-器件設(shè)計-應(yīng)用集成”技術(shù)鏈條。同時，該熱沉技術(shù)可與公司高頻濾波器產(chǎn)品協(xié)同，進(jìn)一步優(yōu)化5G射頻模組、終端產(chǎn)品的整體性能。

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DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.2025.06.009