合成金刚石采用一系列不同技术制造。合成金刚石粒度、大型单晶和烧结多晶金刚石产品均采用高压高温压制技术合成。最高纯度单晶金刚石产品采用微波辅助型CVD制成,但多晶CVD金刚石可采用不同技术制造,如表2所示,采用不同技术制造的金刚石属性存在差异。一般来说,金刚石CVD 可分为三类:微波辅助型CVD、热灯丝CVD和直流电弧或直流炬CVD。
在各种CVD中,相同点是氢气中少量的气相碳组分,气体温度超过2,000°K 促使H2 分解为反应性极强的H× 基。热灯丝反应器沉淀直径通常高达300 mm,但沉淀面积、均匀性(如纯度等属性)及产量之间的均衡性十分关键,与整体性能同等重要。相纯度(受sp²含量降低影响)可通过两种方法控制:(1) 降低输入甲烷流量和生成速度(但会增加生成时间和成本),(2) 通过提高气体温度提高H2 分解率。微波和直流电弧喷射反应器更容易提高气体温度。采用微波辅助型CVD可实现最佳杂质含量控制,因为此方法无需阴极或灯丝,从而使微波辅助型CVD金刚石纯度、光传输性能和热导率达到最大值。

CVD 金刚石散热应用
在热系统中集成CVD 金刚石时需要考虑的因素。要将热管理元件成功集成到器件中,必须考虑完整的热传导路径以及电气要求和热机械应力。虽然CVD 金刚石刚度极高并且热膨胀系数较小(约为1 ppm/K),是高功率传输窗口应用的理想选择,但因其与Si (2.6 ppm/K)、GaAs (5.7 ppm/K) 和GaN (3.2 – 5.6 ppm/K) 等常用半导体材料存在明显差异,这给热力设计工程师带来较大挑战。除非在设计开始时即加以考虑,否则热循环产生的应力会对器件寿命和可靠性产生不利影响。控制这些应力的两种方法分别为复合半导体预裂 和金刚石夹层;在金刚石夹层中,上层用于平衡应力。将金刚石集成到器件封装中时,理想几何结构取决于功率密度、冷却通道位置等诸多因素,但模型设计较为简单。
