北京大学，12英寸金刚石膜新突破！

金刚石热导率最高、绝缘、化学稳定，被公认为下一代芯片散热的战略材料。但它长期卡在三个字上：小、贵、慢。

近日，北京大学东莞光电研究院联合北京大学物理学院等单位，在 National Science Review 发表题为"Scalable Fabrication of 12-inch Polycrystalline Diamond Membranes"的研究，把一条能连续运转的12英寸多晶金刚石膜产线做了出来。这是目前公开报道中面积最大的金刚石膜。

关键不在“长得多大”，而在“能不能重复”

研究把力气花在了流程上。

12英寸硅片做生长衬底，种晶后进入优化过的MPCVD工艺。沉积完成，用激光在晶圆边缘切出一道约20 μm的环形槽，把金刚石/硅界面露出来，边缘损耗控制在1 mm以内。

这一刀很关键。它定义了可控的分层边界，又保住了12英寸的圆形晶圆几何——后者是它能被现有半导体搬运系统接住的前提。

真正完成“分离”的，是一台自动剥离设备。辊轮转动与晶圆平移保持同步，剥离力均匀铺开，整个循环约10 s结束：膜完整取下，硅衬底留着继续用。

2024年，同一条路线的手工版本只做到2英寸，相关工作后来入选2025年度"中国科学十大进展"。这次面积扩大了36倍，但更实质的变化是，人为因素被从工艺里拿掉了。

12英寸上，性能是不是均匀的？

大面积金刚石最怕“中间好、边上差”。

研究在整张膜上取4×4共16个区域做拉曼：一级光学声子峰稳定在1333 cm⁻¹附近，半高宽平均约5.9 cm⁻¹。位于1450–1550 cm⁻¹的sp²杂化信号弱而弥散，说明膜内杂质含量低。

XRD给出金刚石（111）衍射峰43.82°±0.01°，空间色散可以忽略；埋入界面的AFM显示表面平整无特征，Ra平均0.853 nm（1 μm²）、1.353 nm（100 μm²）。

一句话：整张12英寸膜，晶体质量和应力分布处在同一水平。

30微米：性能、成本、工期的交点

团队做了0.25 μm到50 μm的厚度系列，观察垂直膜面方向的热导率如何随厚度变化。

规律很清楚：膜越厚，晶粒长得越大，晶界声子散射越少，热导率随之上升；但上升到一定程度就饱和了。

约30 μm时，热导率达到约1700 W m⁻¹ K⁻¹并接近饱和。继续加厚，性能增益有限，生长时间和成本却在往上走。研究因此把30 μm标为兼顾散热、可制造性与经济性的实用窗口。

从“长得出”到“供得上”

自支撑金刚石膜的耗材成本，大头在硅衬底。剥离之后，边缘略有裁切的硅片可以直接回到MPCVD做下一轮生长；加上不再需要大量研磨和抛光，整条路线成了闭环。论文还提到，薄而脆的膜在转移和集成时用保护载膜支撑——它因此能作为一颗材料件交付，而不是一件易碎的实验品。

用途上，最直接的是芯片背面热沉。再往深一层，是穿金刚石通孔的转接板，以及多层电子系统里的导热绝缘夹层。12英寸这个尺寸的意义也在这里：它对接的是现有半导体搬运、封装产线，而不是要求产线为它改造。论文还提到光学窗口、声学振膜与抗辐照涂层。

边界同样要说清楚。这是多晶金刚石，定位是散热材料，不是有源沟道——它解决的是“热”，不是“开关”；全线自动化、键合界面、器件级集成也都还要继续做。这条路线让金刚石散热材料从“特种部件”走向“可规模化的半导体基础设施”，有了一条现实路径。

参考信息：本文部分素材和图片来自及网络公开信息，本平台发布仅为了传达一种不同观点，不代表对该观点赞同或支持。如果有任何问题，请联系我们处理。