В США представили 200-мм алмазный кристалл для будущих систем охлаждения чипов

Американская компания Diamond Foundry объявила о выращивании монокристалла алмаза диаметром 200 мм. По её данным, это первый в мире монокристалл такого диаметра. Сообщение появилось на сайте компании 5 ноября. Разработка может пригодиться в электронике, прежде всего для отвода тепла от мощных процессоров.

Что удалось вырастить

Новый образец представляет собой круглый диск диаметром 20 сантиметров. Компания подчёркивает, что он не собран из отдельных алмазов и не состоит из множества мелких кристаллических зёрен. У монокристалла общая кристаллическая решётка; границ между зёрнами, которые могут мешать переносу тепла, в нём нет. При этом монокристалл всё равно может содержать другие дефекты и примеси.

В 2023 году Diamond Foundry уже сообщала о получении алмазной пластины диаметром 100 мм. Теперь диаметр вырос вдвое, а площадь круга — вчетверо. Размер 200 мм хорошо знаком полупроводниковой промышленности: на таких кремниевых пластинах выпускают множество микросхем одновременно. С одной большой пластины можно получить больше отдельных заготовок.

Однако показанный алмаз ещё не прошёл полировку. На фотографиях компании — образец сразу после выращивания, поэтому считать его готовой пластиной для фабрики чипов пока рано. Подробных данных о качестве материала по всей площади компания также не привела.

Зачем алмаз нужен микросхемам

Качественный алмаз при комнатной температуре проводит тепло примерно в пять раз лучше меди. Это особенно полезно для мощных процессоров, у которых небольшие участки могут сильно нагреваться. Впрочем, результаты измерений теплопроводности именно нового 200-миллиметрового образца компания пока не опубликовала.

Алмазную подложку можно разместить близко к транзисторам кремниевого чипа. Она помогает распределять тепло от сильно нагретых участков по большей площади и передавать его системе охлаждения. Сами транзисторы при этом остаются кремниевыми. Отказываться от радиаторов или жидкостного охлаждения такая конструкция не позволяет: выделяемое процессором тепло всё равно нужно отвести наружу.

Есть и более сложная задача — делать электронные приборы из самого алмаза. Его свойства интересны для силовой электроники, где приходится работать с большими напряжениями. Но для транзисторов недостаточно просто вырастить крупный чистый кристалл: нужно управлять его проводимостью и создавать надёжные электрические контакты. Опытные алмазные транзисторы уже созданы, однако получение большого кристалла ещё не означает готовности выпускать из него массовые процессоры.

Что известно о производстве

Подробную технологию выращивания 200-миллиметрового образца Diamond Foundry пока не раскрыла. Компания также не сообщила, сколько он стоит, сколько времени занимает выращивание и как часто удаётся получить кристалл нужного качества.

В компании считают, что теперь смогут вырастить и 300-миллиметровый кристалл, но сроков пока не называют. Для практического применения важно, удастся ли регулярно получать крупные кристаллы нужного качества и превращать их в подложки для микросхем. Когда 200-миллиметровые алмазные подложки появятся в серийных устройствах, компания ещё не сообщила.