钻石恒久远，一颗永流传。

这是钻石（金刚石）在饰品行业里的“亮点”，不过后来，它的稀缺性被人工培育技术稀释了，虽然天然钻石依旧稀缺，但培育钻石平替了一部分需求。

当然，我们下面要聊的，不是钻石在饰品行业中的运用，而是它作为一种材料，在芯片领域的“新作为”。

“钻石在氮化镓芯片中‘新作为’。”

最近，麻省理工学院（MIT）的研究团队公布了一项重要突破。他们把一层极薄的单晶金刚石，直接嵌进了氮化镓芯片的结构里，并基于此做出了性能创纪录的无线功率放大器。研究里最关键的一句话是：这一下子解决了氮化镓高功率芯片长期以来的散热瓶颈。

这里补充一下，氮化镓芯片和硅芯片的大致情况。

市面上的芯片，绝大多数是硅芯片，但在一些特定场景中，硅芯片可能就不那么“胜任”了，这时氮化镓（GaN）芯片就出场了。比如，5G/6G基站、卫星功放、雷达、快充电源等场景。

相比之下，这两种材料的芯片，各有长短：硅芯片成本低、技术成熟，常用在日常计算及控制场景中（如，手机CPU、电脑处理器、存储、普通电路板芯片等）；氮化镓芯片，没法做通用计算主芯片，而是用在一些大功率射频、中低压快充这类场景中。因这些特性，它们之间或许不存在谁替代谁，而可能会是在不同场景中，长期共存。

话题继续回到氮化镓芯片上来。

氮化镓芯片在工作时，热量会集中在一个极小的“点”上，热流密度极高。那么，针对这样的情况，常规的散热材料可能就有点不够用了。

而钻石有个特殊的优点，那就是它是地球上天然物质里导热能力最强的。它的热导率，大概是紫铜的5倍，是硅的十几倍。热量在铜、硅里传导像堵车，在钻石里能瞬间扩散铺开

在培育钻石里，只要是高纯单晶钻石，导热性能几乎和天然钻石完全看齐；工业给氮化镓芯片散热用的超薄钻石片，本身就是实验室培育的CVD钻石，纯度更高、导热上限甚至比普通天然钻石还好。

不过，这里需要区分散热专用CVD培育钻和首饰HPHT培育钻，不是同一个东西。

“培育钻石。”

上面提到的那些用来散热的单晶、多晶金刚石晶圆，和首饰店里高端大克拉款的培育钻戒，其实是同源技术，主要都是靠化学气相沉积法，也就是 CVD，一层一层“种”出来的。

首饰培育钻石还有另一套HPHT高温高压工艺，靠六面顶压机生产，价格更低、主打小克拉首饰，但晶体含大量金属杂质，导热不达标，没法转型做半导体散热材料。

不过，哪怕是首饰店里的大克拉CVD培育钻石，单看导热底子确实不差，但也没法拿来给氮化镓芯片散热。

首饰用和氮化镓芯片用，区别只在于，首饰要的是颜色、净度、克拉数；而芯片散热要的是极致纯净度、极低晶格缺陷，还要能做成英寸级平整超薄晶圆，同时表面必须抛光至纳米级光滑，满足和氮化镓晶圆无缝贴合的要求。

当然，如果没有过去十年培育钻石行业杀出一条血路，把 CVD 金刚石的成本打到珠宝级消费品的水平，今天半导体散热用的金刚石晶圆，价格会贵到连实验室都用不起。

如果把这东西当做一个产业链来看待，那么大概就是：

最上游原料就是石墨、甲烷这类普通含碳材料，通过微波等离子体CVD设备，让碳原子逐层沉积长成钻石块体。
如果调控生长参数、追求通透品相，毛坯切磨后就是珠宝级培育钻石；如果把纯度、晶格、尺寸标准拉到极致，再经激光切割、镜面研磨抛光，就变成半导体热管理用的金刚石热沉片、金刚石衬底。

这条产业链上的玩家，国内外都有。国外，英美一些企业，早就盯着半导体金刚石散热业务。

而在本土方面，我们是全球人造金刚石的绝对主产地。行业协会数据显示，我们贡献了全球超九成的人造金刚石产量。

据一些公开信息显示，本土不少企业都在调整产能结构，立项名称出现“半导体级金刚石材料”“高功率芯片散热片”“光学金刚石晶圆”等方向。这似乎又不像是纯叙事，当下大功率氮化镓、AI算力芯片都有热管理升级需求，叠加国内成熟完整的超硬材料产业链，产业向高端功能钻石延伸大概就是一种趋势。

“还有哪些路要走？”

如果客观看待从饰品跨入芯片散热这条路，大概也并非是一件轻而易举的事。

先看尺寸和缺陷密度。在饰品中的培育钻石允许存在细微内含物，只要肉眼看着干净就能流通；但半导体散热用的单晶金刚石，必须把位错密度压到极低水平，同时晶圆尺寸不能太小，至少要做到两英寸、四英寸规格，否则没法匹配标准化芯片产线。单晶金刚石想要同时做大尺寸、维持完美晶格质量，至今仍是世界级材料难题。

再看界面热阻。就算拥有一块晶格完美的金刚石，如果后期再贴合到氮化镓表面，两种材料中间细微缝隙、过渡夹层，都会形成热量传递的“肠梗阻”，大幅削弱散热效果。MIT这次方案的突破点，不是简单在氮化镓表面生长金刚石薄膜，而是直接将氮化镓晶体管嵌入金刚石基底内部，跳过了后期粘合的步骤。不过这套全新三维集成工艺目前仅停留在实验室样品阶段，距离工厂高效率、高良率、低成本的规模化量产，还有很长一段路要走。

“写在最后。”

氮化镓芯片的场景下，金刚石散热，提供的似乎还不仅是一个更好的选项，而是一种从硅和铜的物理极限里跳出来的可能。

这条产业链还有一个特别的地方在于，培育钻石在饰品行业的“多年经历”，客观上推动了 CVD 设备、工艺的快速迭代和成本下降。

当这些经验逐步溢出到半导体领域时，原本奢侈的“芯片贴钻”方案，才有了从实验室到产线的可能。

参考资料：
新浪财经.麻省理工学院团队利用钻石冷却氮化镓芯片，提升无线电子器件性能.2026年6月16日.