哈工大研晶圓級金剛石量產設備 打破西方壟斷 實驗室種出鑽石 鑄AI芯片「降溫鎧甲」
走進哈工大金剛石超淨實驗室，一身實驗服的朱嘉琦教授守在一排MPCVD設備旁，逐項調試生長參數。真空腔體內等離子體光暈穩定閃爍，碳原子逐層析出，慢慢長出晶圓級單晶金剛石。
一旁的展品區格外有看點，溫潤璀璨的一克拉鑽戒，和巴掌大小的8吋金剛石散熱基板並排陳列。除了打造婚戒，金剛石還為AI芯片散熱、量子傳感等前沿硬核科技提供關鍵材料支撐。哈工大研發的金剛石量產技術，打破西方壟斷，以金剛石打造的AI芯片「降溫鎧甲」，可望成為中國強化AI算力的「獨門秘技」。\大公報記者 于海江、王欣欣
在實驗室內，金剛石正化身AI芯片「降溫鎧甲」，扛起新一代算力產業的剛需重擔。眼下AI芯片算力暴漲，傳統銅材散熱已經觸及天花板，海外高端金剛石材料還實行技術封鎖。朱嘉琦團隊潛心打磨MPCVD微波沉積工藝，突破設備製造、大尺寸晶體生長等一道道難關，實現全鏈條自主可控，啃下高端芯片散熱的「卡脖子」難題。MPCVD的英文全稱是Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，翻譯為「微波等離子化學氣相沉積」，是一種用於合成高品質人造鑽石的先進技術。
微波沉積工藝歷時20年研發
朱嘉琦指尖輕觸設備操作屏，屏幕上跳動的溫度、氣壓等工藝參數，是團隊二十年反覆調試的成果。「天然鑽石億年成型，我們用微波等離子體，幾周就能培育珠寶級單晶，更關鍵是能生長接近排球直徑的金剛石晶圓。」朱嘉琦講解道。
團隊早期攻關時，國內僅能製備幾毫米小尺寸金剛石，大尺寸單晶生長、晶圓翹曲、界面結合三大難題層層堵截。為了攻克難題，博士生輪班值守設備記錄晶體生長數據，反覆調整微波功率、氣體配比，無數次晶體開裂、質量不達標的失敗樣本堆滿儲物架。終於朱嘉琦帶領團隊自主研發大功率國產MPCVD裝備，徹底擺脫進口設備依賴，相關技術先後斬獲國家技術發明二等獎、日內瓦國際發明展金獎等國內外重磅榮譽。
走入芯片測試展區，兩塊散熱樣板，把行業痛點直觀擺在眼前。普通純銅散熱片導熱能力平平，很難快速散出高熱；金剛石銅複合基板、純金剛石基板散熱能力成倍躍升，散熱效率拉開巨大差距。「如今AI服務器芯片功耗越來越大，普通銅片根本扛不住持續升溫，海內外廠商都在四處尋找新一代散熱材料。」朱嘉琦手拿樣品，道出全行業共同面對的難題。
英偉達「押寶」金剛石複合散熱技術
金剛石材料熱脹冷縮幅度，和碳化硅、氮化鎵這類第三代半導體高度匹配。做成基板可以快速帶走芯片熱量，讓器件長時間穩定滿負荷運轉。海外巨頭英偉達，已經把金剛石複合散熱定為下一代顯卡的核心方案，而這套製備技術，此前長期被國外把持。
團隊自主研製出八吋微波等離子體生長裝備，實現大尺寸金剛石穩定量產。科研人員反覆優化金剛石表面金屬化工藝，大幅減少熱量傳導阻力，順利打通金剛石與銅牢固複合的技術難關。朱嘉琦十分看好這條新賽道，今年芯片散熱市場迎來爆發，資本市場也給出熱烈反饋，多家超硬材料上市企業股價年內實現翻番，金剛石功能材料正迎來廣闊藍海。
在朱嘉琦看來，中國金剛石產業依託自研技術已掌握行業競爭主動權。海外若想復刻同等完整產業鏈，需要補齊設備、工藝、上下游配套全鏈條，整體投入成本遠高於國內。「拿稀土產業對比就能看清差距，我們原料儲量充足，但高端加工工藝曾長期受制日本。」朱嘉琦坦言。
金剛石賽道形勢完全不同，國內手握產能、成套裝備、製備工藝三重核心優勢，發展主動權牢牢握在自身手中。朱嘉琦說，「只靠產能規模只能換來短期紅利，產量優勢無法支撐長期領跑。」在朱嘉琦眼中，真正的核心競爭力，是難以複製的高端金剛石產品的技術壁壘。
朱嘉琦團隊多年堅持前置布局前沿散熱需求，不追逐短期低端市場紅利，專攻金剛石裝備及相關散熱材料的開發。朱嘉琦說，工科科研不能只停留在實驗室論文，攻克「卡脖子」材料、築牢獨家技術門檻，守住全球產業話語權，才是團隊深耕金剛石的核心使命。
