關(guān)于高導(dǎo)熱材料研究的意義
以前的金屬（鋁、銅）散熱件由于存在密度大、熱膨脹系數(shù)較高、材料不純等問題，很難滿足散熱的需要。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，航空航天、衛(wèi)星通訊、高速計算機等領(lǐng)域?qū)τ谏釂栴}越來越重視，對熱管理材料提出了更高的要求。碳材料因具有低密度、高強度、高導(dǎo)熱系數(shù)、耐化學(xué)腐蝕等特點，有望取代以前的金屬材料成為新一代的高導(dǎo)熱材料。
高導(dǎo)熱材料碳材料的熱傳導(dǎo)主要是通過晶格原子的熱振動來實現(xiàn)的，碳纖維種類、基體種類、密度、比熱容、石墨化度、預(yù)制體結(jié)構(gòu)、纖維體積分?jǐn)?shù)、熱處理溫度/石墨化溫度等是影響碳材料熱導(dǎo)率的主要因素。
目前，高導(dǎo)熱材料碳材料的分類主要有以下三種：
1、金剛石材料
目前已知自然界材料中熱導(dǎo)率最高的是天然金剛石，其室溫?zé)釋?dǎo)率約為2000至2100W/（m?K）。同時，金剛石還是良好的絕緣體, 是理想的基板散熱材料。目前，常用化學(xué)氣相沉積法制備的金剛石炭膜，具有質(zhì)量高、成本低等優(yōu)點。
2、石墨材料
石墨由六個棱面和兩個密排基面組合而成，屬于六方晶系構(gòu)造，主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。普通的石墨室溫?zé)釋?dǎo)率才只有70至150W/（m?K），而室溫時天然石墨在002晶面上的熱導(dǎo)率能達(dá)到2200W/（m?K），高定向裂解石墨在其面上的熱導(dǎo)率也達(dá)到了2000W/（m?K）。
3、石墨烯材料
石墨烯材料由單層碳原子以正六邊形緊密排列構(gòu)成的二維平面結(jié)構(gòu)組成，呈蜂窩狀，是從石墨中剝離出來的單層碳原子面材料。微機械剝離法、外延生長法、化學(xué)氣相沉積法以及氧化石墨烯化學(xué)還原法等是石墨烯的主要制備方法，單層懸浮石墨烯的室溫?zé)釋?dǎo)率可達(dá)到3000至5300W/（m?K）。
碳原子有著特殊的排列方式，常用的碳材料存在巨大的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱性能各向異性，即在石墨晶面方向具有高的導(dǎo)熱系數(shù)，而在晶面之間導(dǎo)熱系數(shù)很小，材料制備過程中的擇優(yōu)取向限制了其在厚度方向上的導(dǎo)熱能力。
不過，高導(dǎo)熱材料碳材料的優(yōu)勢還是不容忽視的。利用其制衡的熱量管理材料尤其適用于對小空間大熱流密度元件進(jìn)行散熱，能滿足下一代電子元器件的發(fā)展要求，對現(xiàn)代工業(yè)、國防和高技術(shù)發(fā)展有著重要意義。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動的新計算時代的發(fā)展，對半導(dǎo)體器件的需求日益增長，同時也催生了市場對半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來快速發(fā)展的黃金期。在國家鼓勵半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模逐年增長，從2017年的76億美元增長至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來自中國大陸，占比超過40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時代的來臨，汽車電動化進(jìn)程拉動IGBT規(guī)模增長。得益于對清潔能源高速增長的需求，IGBT市場規(guī)模將持續(xù)增長，IGBT市場在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，預(yù)計2026年市場規(guī)模為84億美元。新能源車應(yīng)用作為IGBT市場規(guī)模的重要增量，2020年市場規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長率為23%，預(yù)計2026年新能源車用IGBT市場規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，中國大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國、中國臺灣向中國大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計半導(dǎo)體市場增長將持續(xù)帶動半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
