一開始，研究人員在瑞斯大學進行了一個有趣的實驗，目的是為了創造一個裝飾性的鑽石貓頭鷹，以迎接尊貴的客人。隨著時間推移，這個實驗演變成了一種可擴展的電子產品製造過程。研究團隊開發了一種自下而上的技術，用於生長圖案化的鑽石表面，以冷卻電子設備。這項技術使得鑽石可以直接集成到設備中，操作溫度降低了23°C（41°F）。這將有助於延長設備的壽命、改善性能，並提高5G、雷達和人工智慧數據中心等技術的能源效率。
在電子產品的世界中，熱量是最大的敵人。瑞斯大學材料科學與納米工程的助理研究教授張祥指出，23°C的降溫是非常重要的，因為這能延長設備的壽命，並使其在不過熱的情況下運行得更快。高功率技術，如人工智慧處理器和5G硬件，目前受到嚴重的熱管理挑戰。鑽石是熱管理的無可爭議的冠軍，但處理起來相當困難。由於鑽石是地球上最堅硬的物質之一，傳統的「自上而下」方法，即先生長一塊大塊然後雕刻，既緩慢又昂貴，且對材料有損害。因此，研究人員轉向自下而上的方法，以精確且功能性地生長鑽石，並將其集成到電子產品中。
這種「自下而上」的過程使用微波等離子體化學氣相沉積技術，並利用光刻技術，這與微晶片上打印微小圖案的技術相同。研究人員在晶片表面創建了一個模板，然後在這個模板上撒上納米鑽石種子。當放置在高能反應器中時，碳原子會降落並附著在這些種子上，並在所需的位置生長成一層固體的熱導體。張祥解釋道，這個反應器使用的微波能量與廚房中的微波爐類似，但強度更高，可以將氣體轉化為等離子體。這種等離子體分解與氫混合的碳重氣體，碳原子降落並沉積到基材上。成核是生長鑽石的第一步，為碳原子組裝成晶體層提供必要的基礎。
這項技術的多功能性使其在工業應用中非常有前景。研究團隊成功地將其過程擴展到2英寸的晶圓，通過在兩種種子技術之間進行戰略選擇：光刻技術用於高分辨率和複雜設計，而激光切割薄膜則適用於大規模應用。這種靈活性證明了該方法已經準備好進行大規模生產，為未來建造高效能、高性能的電子產品提供了一條實際的道路。此外，該方法與各種基層材料兼容，如矽和氮化鎵，為在多種半導體技術中集成高性能鑽石熱管理提供了可擴展的基礎。
研究領導者阿賈揚教授表示，我們發現了一種可擴展、有效的方式來將鑽石冷卻技術集成到電子產品中。這一點至關重要，因為熱量限制了手機的電池壽命和電腦的運行速度。通過使用鑽石更高效地冷卻這些設備，可以為更快、更可靠和更持久的技術鋪平道路。下一個目標是完善鑽石與底層電子元件之間的連接。成功創造這種無縫連接將解鎖更快更強大的下一代晶體管的構建能力。這項研究發表在《應用物理快報》上。
