Kako se čipovi smanjuju, a gustoće snage rastu, upravljanje toplinom postalo je usko grlo koje ograničava performanse. Bakar i aluminij služili su industriji desetljećima, ali njihova toplinska vodljivost doseže plafon. Zbog toga se svijet poluvodiča okreće materijalu s ekstremnim svojstvima: dijamantu.

S toplinskom vodljivošću pet do šest puta većom od bakra, dijamant je sam po sebi superioran raspršivač topline. Ali pretvaranje u praktično toplinsko rješenje proizvelo je tri različita tehnološka puta -dijamantni-bakreni kompoziti, čisti CVD polikristalni dijamant, ijedno-kristalni dijamant. Iako svi dijele riječ "dijamant", njihova se izvedba, cijene i ciljane primjene dramatično razlikuju.

S lijeva na desno: dijamantni-bakreni kompozitni disk, prozirna CVD polikristalna dijamantna pločica i prozirni mono-kristalni dijamant - tri građevine materijala za isti toplinski izazov.

Dijamantni-bakreni kompozitikombiniraju sintetičke dijamantne čestice kao toplinski vodljivo ojačanje s bakrenom matricom, proizvedenom infiltracijom ili sinteriranjem. Masovno{1}}proizvedeni razredi obično dosežu 600–900 W/m·K, dok su laboratorijski uzorci s 3D mrežnom arhitekturom premašili 1000 W/m·K. Njihova najveća prednost je podesivi koeficijent toplinske ekspanzije (CTE): mijenjanjem volumnog udjela dijamanta od 40% do 70%, CTE se može podesiti na 4–10 ppm/K, što odgovara siliciju, silicij karbidu i galij nitridu. Tehnički izazov je slaba sposobnost vlaženja na sučelju dijamant-bakra (kontaktni kut oko 140 stupnjeva), što zahtijeva prevlake-koje stvaraju karbid kao što su titan ili krom za izgradnju učinkovitog puta-prijenosa topline.

Čisti CVD polikristalni dijamantuzgaja se mikrovalnom plazma kemijskom depozicijom iz pare (MPCVD) i ne sadrži metalnu fazu. Njegova toplinska vodljivost obuhvaća široki raspon - otprilike 1000 W/m·K za niže stupnjeve i preko 2200 W/m·K za visoko-materijale - ovisno prvenstveno o veličini zrna. Veća zrna znače manje granica zrna i manje raspršenja fonona, čime se vodljivost približava razinama pojedinačnog-kristala. S CTE-om od oko 1 ppm/K, izvrsnom električnom izolacijom, kemijskom inertnošću i visokom mehaničkom čvrstoćom, to je dobro-toplinski materijal. Raspršivači topline od osam-inča već su u masovnoj proizvodnji. Loša strana je tvrdoća: rezanje na kockice i poliranje su spori i brzo troše alat, što značajno povećava cijenu.

Jedno-kristalni dijamantpredstavlja granicu toplinske vodljivosti materijala-u čvrstom stanju, dosljedno isporučujući 2000–2400 W/m·K. Proizvodi se CVD homoepitaksijom na namjenskim pojedinačnim-kristalnim klicama, zahtijevajući izuzetno strogu kontrolu procesa. Globalna proizvodnja danas je koncentrirana na 1-2 inča; 2026. Element Six i Orbray postigli su ponovljivu obradu od 3-inča, dok je 4-inča još u razvoju. Glavni izazov je kontrola nedostataka i prinos - kako se veličina povećava, dislokacije i blizanci postaju eksponencijalno vjerojatniji, a omjer korisne površine naglo pada. Prijave su trenutačno ograničene na sektore kojima je izvedba na prvom mjestu, poput obrane, satelitskih nosivosti i 6G RF uređaja.

Dijamantni-bakreni kompoziti trenutačno koštaju otprilike 3–5 puta više od čistog bakra, s 4-inčnim raspršivačima topline koji ulaze u raspon ispod-tisuća-juana. Za troškovno osjetljive implementacije podatkovnih centara, ova se premija može nadoknaditi povećanjem performansi i uštedom energije.

Čisti CVD polikristalni dijamant znatno je skuplji - 4-inčni raspršivači topline prodaju se oko 30.000 juana po ploči. Dominantni pokretač troškova je električna energija: MPCVD alati neprekidno rade danima ili tjednima u okruženjima visoke-temperature plazme, pri čemu energija čini 40-50% ukupnih troškova proizvodnje. Amortizacija opreme je druga-po veličini komponenta.

Jedno-kristalni dijamant najskuplji je od svih, sa podlogama od 2-inča koji koštaju desetke tisuća juana, a ponuda je i dalje ograničena. Visoko{4}}sjeme je samo po sebi CVD{7}}proizvod s dugim rokovima isporuke i ograničenim prinosom. Stope rasta su samo nekoliko mikrometara po satu, što znači da za jednu pločicu mogu biti potrebni tjedni. U kombinaciji s iznimno niskim prinosima na velikim površinama, ovi čimbenici čine brzo smanjenje troškova malo vjerojatnim.