半导体产业网获悉：近日，河南科之诚第三代半导体碳基芯片有限公司研发人员为第一作者，在国内半导体领域核心期刊《半导体技术》发表题为《硅基金刚石热沉在GaN功率放大器中的应用》（Application of Silicon-based Diamond Heat Sinks in GaN Power Amplifiers）的研究论文，系统性研究、仿真并验证了硅基金刚石材料在GaN射频功放器件上的热管理效果。
GaN大功率器件高功率密度和不匹配的散热能力引起结温过高，导致其性能下降甚至失效，发展受限。采用硅基金刚石基板代替常规的钼铜基板作为热沉基板，研究其在器件热管理中的应用。通过COMSOL热场有限元仿真证明硅基金刚石热沉在金刚石薄膜厚度为0.08mm厚时，其散热效果与纯金刚石热沉相近。在相同小信号测试条件下，采用红外热像仪进行温度探测。结果显示钼铜热沉器件的最高分布温度为83.8℃，硅基金刚石热沉器件的最高分布温度为73.1℃，比钼铜热沉低10.7℃。随着功率器件热耗增加，硅基金刚石热沉散热能力更加突出，可代替钼铜基板，散热效果与价格昂贵的纯金刚石热沉相近。
经试验验证：
1. 散热性能提升：硅基金刚石热沉导热效能显著优于传统钼铜基板，与单晶金刚石热沉性能相近，可有效解决5G基站等场景中GaN器件的散热瓶颈；
2. 成本控制突破：通过在硅基衬底沉积纳米级金刚石薄膜，将热沉材料成本降至单晶金刚石的10%左右，为金刚石材料的规模化应用奠定基础。
以上研究有望重塑射频功率放大器芯片热管理市场格局。在高端散热材料及热管理技术长期被日美企业垄断，传统钼铜基板热效率难以满足高功率GaN器件需求的情况下，金刚石材料因其自然界最高的热导率而倍受关注。然而，过高的价格（≥1500元/片）严重制约金刚石在热管理应用上的产业化推广。
硅基金刚石方案为金刚石热管理产业化应用推广提供了切实有效的路径。在小微基站布局提速、低栅压控制技术突破的背景下，全球GaN功率器件市场年增速超30%（2025年预计达30亿美元）。该技术可解决高度集成、高功率GaN功放的散热难题，更有望应用于移动终端，提供高效的热管理解决方案。依托河南金刚石材料产业优势（占全国产量80%），形成“材料创新-器件设计-应用集成”技术链条。同时，该热沉技术可与公司高频滤波器产品协同，进一步优化5G射频模组、终端产品的整体性能。
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DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.2025.06.009
