Eksplozija računarske snage velikog{0}}modela povećala je gustinu snage AI čipova i treće{1}}generacije poluvodičkih uređaja. Tradicionalni bakarni i aluminijumski hladnjaci dostigli su plafon fizičkih performansi. U scenarijima visokog{4}}toplotnog{5}}toka, napredak u disipaciji topline više se ne oslanja samo na optimizaciju strukture-svojstvena ograničenja performansi materijala postala su odlučujuće usko grlo za stabilnost i vijek trajanja vrhunskih-uređaja. Zahvaljujući svojim izvanrednim sveobuhvatnim fizičkim svojstvima, dijamant brzo prelazi iz laboratorijskog materijala u industrijsku primjenu, postajući osnovni materijal koji preoblikuje krajolik upravljanja toplinom visoko-čipova.
Ukupne performanse Diamonda u disipaciji topline su izuzetne, a njegova ključna prednost proizlazi iz njegovog jedinstvenog mehanizma toplinske provodljivosti. Za razliku od bakra i aluminijuma, koji se oslanjaju na slobodne elektrone za prenos toplote i imaju inherentna ograničenja, dijamant provodi toplotu putem fononskog transporta, u osnovi probijajući plafon toplotne disipacije tradicionalnih metalnih materijala.
Jedno-kristalni dijamant postiže toplotnu provodljivost na sobnoj-temperaturi od 2000–2200 W/(m·K)-5 do 6 puta veću od bakra i više od 9 puta veću od aluminijuma. Istovremeno, njegov nizak koeficijent termičkog širenja (1,0–1,2×10⁻⁶/K), ultra-visoka električna otpornost i niska dielektrična konstanta čine ga savršeno kompatibilnim sa zahtjevima za pakiranje čipova. Istovremeno rješava tri glavna izazova visokog termičkog opterećenja, termičke neusklađenosti i električnih smetnji, i prepoznat je kao "krajnji materijal" za rasipanje topline u AI čipovima i GaN energetskim uređajima.
Za hladnjake za čip, potrebno je istovremeno uzeti u obzir toplotnu provodljivost, strukturnu prilagodljivost i troškove masovne{0}}proizvodnje. Dok čisti jedno-kristalni dijamant nudi ekstremne performanse, težak je za obradu i skup za proizvodnju na velikim površinama, što ga čini neprikladnim za-proizvodnju velikih razmjera. Ovo je ključni razlog zašto je industrija napustila put univerzalnih hladnjaka od čistog dijamanta i umjesto toga se okrenula davanju prioriteta dijamantskim kompozitnim materijalima.
Trenutno, industrijski najzreliji i najbliži{0}}primjenama velikih razmjera je kompozitni materijal dijamant-bakar. Ovaj materijal koristi čestice dijamanata kao fazu za ojačanje i bakar kao matricu, kombinujući ultra-visoku toplotnu provodljivost dijamanta sa duktilnošću i lemljivošću bakra, postižući ravnotežu između performansi i inženjerske praktičnosti. Njegova toplotna provodljivost dostiže 600–1000 W/(m·K), 1,5–2,5 puta više od čistog bakra. Podešavanjem volumnog udjela dijamanata, koeficijent termičke ekspanzije može se precizno uskladiti sa poluvodičkim materijalima kao što su SiC i GaN, efikasno rješavajući probleme sa krivljenjem i kvarom lemnih-spojova uzrokovanih termičkom neusklađenošću u tradicionalnim bakrenim hladnjacima.
Međutim, postoji skrivena inženjerska barijera: kvalitet spajanja dijamant-bakar direktno određuje krajnji učinak odvođenja toplote gotovog proizvoda. Loša međufazna veza dovodi do velike međufazne termičke otpornosti, značajno degradirajući toplotnu provodljivost. Stoga, fini procesi kao što su modifikacija površine dijamanta i legiranje bakrene matrice predstavljaju ključne tehnološke barijere koje odvajaju vodeće kompanije od ostalih i osiguravaju prinos proizvodnje-oni su također ključne konkurentske tačke u industriji.
Industrija dijamanata slijedi dva glavna tehnička pravca-monokristalni-kristalni i polikristalni-sa značajno različitim tempom industrijalizacije. Jedno-kristalni dijamant nije samo odličan materijal za-odvođenje topline, već i poluprovodnik visokih{6}}učinak širokog pojasa{7}}, koji nudi prednosti kao što su visoki napon proboja, jaka otpornost na zračenje i visoka mobilnost nosača, s budućim potencijalom za upotrebu u tkaninama sa visokim{8}}temperaturama. Međutim, rast monokristala-velike površine-i dalje je izuzetno izazovan. Uobičajene metode-trodimenzionalnog rasta-rastanja i (popločavanja) ekspanzije{15}}imaju stroge zahtjeve u pogledu kvaliteta sjemena kristala i okruženja taloženja, i još uvijek pate od problema kao što su praznine i ne{16}}ujednačen rast, što otežava skoro-komercijalnu primjenu.
Polikristalni dijamant proizveden CVD procesima, iako ima nešto nižu toplotnu provodljivost (1000–1800 W/(m·K)) od mono-kristalnog dijamanta zbog raspršivanja fonona na granicama zrna, može se proizvoditi na velikim površinama i po nižoj cijeni na masovnoj skali. Njegova toplotna provodljivost se stalno poboljšava sa povećanjem veličine zrna. Među njima, mikrokristalni i polikristalni dijamanti velikog zrna- nude dobru ravnotežu performansi, veličine i cijene, a njihov napredak u industrijalizaciji u-odvodu topline na visokokvalitetnim energetskim uređajima daleko nadmašuje onaj kod vrhunskih monokristalnih proizvoda-.
Trenutno se proizvodnja CVD dijamanata uglavnom oslanja na četiri vrste metoda, među kojima je proces MPCVD (mikrovalna plazma hemijsko taloženje pare) preferirani izbor za proizvodnju visoko{0}}kvalitetnog polikristalnog dijamanta zbog njegovih prednosti odsustva kontaminacije elektrodama, stabilne plazme i parametara koji se mogu kontrolirati. Međutim, ovaj proces se suočava s uskim grlom u opremi: priprema dijamantskih filmova-velike površine zahtijeva veću snagu mikrovalne pećnice i nižu mikrovalnu frekvenciju, tako da su veličina i izlaz proizvoda u potpunosti ograničeni hardverskim performansama mikrovalnog generatora.
Ovo ograničenje opreme direktno utječe na cijeli industrijski lanac. Vrhunski uvezeni MPCVD sistemi su skupi i imaju dugo vrijeme isporuke, ograničavajući tempo proširenja domaćih kapaciteta. U isto vrijeme, domaća MPCVD oprema velike snage-ubrzo se ponavlja i razbija prekomorski tehnološki monopol. Brzina njegove masovne-uvođenja u proizvodnju direktno će odrediti putanju-smanjenja troškova dijamantskih materijala za disipaciju topline{7}}, a time i da li ovaj materijal može prodrijeti iz vrhunskih-specijaliziranih aplikacija u glavne industrije računarstva-kao što su AI serveri i akceleratorske kartice.