Explózia veľkého{0}}modelového výpočtového výkonu spôsobila, že hustota výkonu čipov AI a polovodičových zariadení tretej-generácie sa ešte zvýšila. Tradičné medené a hliníkové chladiče narazili na strop fyzického výkonu. V scenároch vysokého-tepelného-toku sa objavy v oblasti rozptylu tepla už nespoliehajú len na štrukturálnu optimalizáciu{6}}vlastné limity materiálového výkonu sa stali rozhodujúcou prekážkou pre stabilitu a životnosť zariadení vyššej kategórie-. Vďaka svojim vynikajúcim komplexným fyzikálnym vlastnostiam diamant rýchlo prechádza z laboratórneho materiálu do priemyselného využitia a stáva sa základným materiálom, ktorý pretvára oblasť tepelného manažmentu špičkových- čipov.
Celkový výkon diamantu pri odvádzaní tepla je výnimočný, pričom jeho hlavná výhoda pramení z jeho jedinečného mechanizmu vedenia tepla. Na rozdiel od medi a hliníka, ktoré sa pri prenose tepla spoliehajú na voľné elektróny a majú prirodzené obmedzenia, diamant vedie teplo cez fonónový transport, čím zásadne prelomí strop rozptylu tepla tradičných kovových materiálov.
Jedno-kryštálový diamant dosahuje tepelnú vodivosť pri izbovej teplote 2000–2200 W/(m·K)-5 až 6-krát vyššiu ako meď a viac ako 9-krát vyššiu ako hliník. Zároveň je vďaka nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti (1,0–1,2 × 10⁻⁶/K), mimoriadne vysokému elektrickému odporu a nízkej dielektrickej konštante dokonale kompatibilný s požiadavkami na balenie čipov. Súčasne rieši tri hlavné problémy vysokého tepelného zaťaženia, tepelného nesúladu a elektrického rušenia a je uznávaný ako „ultimátny materiál“ na odvod tepla v čipoch AI a napájacích zariadeniach GaN.
V prípade chladičov čipov je potrebné súčasne zvážiť tepelnú vodivosť, štrukturálnu prispôsobivosť a náklady na masovú{0}}výrobu. Čistý-kryštálový diamant ponúka extrémny výkon, no jeho spracovanie na veľkých plochách je náročné a nákladné, takže nie je vhodný na-výrobu vo veľkom meradle. Toto je hlavný dôvod, prečo priemysel opustil cestu univerzálnych chladičov z čistého diamantu a namiesto toho sa priklonil k uprednostňovaniu diamantových kompozitných materiálov.
V súčasnosti je priemyselne najvyspelejším a najbližším-nasadeniu vo veľkom meradle kompozitný materiál diamant-meď. Tento materiál využíva diamantové častice ako vystužovaciu fázu a meď ako matricu, čím sa spája ultra-vysoká tepelná vodivosť diamantu s ťažnosťou a spájkovateľnosťou medi, čím sa dosahuje rovnováha medzi výkonom a konštrukčnou praktickosťou. Jeho tepelná vodivosť dosahuje 600–1000 W/(m·K), čo je 1,5–2,5-násobok čistej medi. Úpravou objemového podielu diamantu možno koeficient tepelnej rozťažnosti presne prispôsobiť polovodičovým materiálom, ako sú SiC a GaN, čím sa efektívne vyriešia problémy s deformáciou a zlyhaním spájkovaných spojov- spôsobených tepelným nesúladom v tradičných medených chladičoch.
Existuje však skrytá technická bariéra: kvalita spojenia diamant-meď priamo určuje konečný výkon odvádzania tepla hotového produktu. Slabá medzifázová väzba vedie k vážnemu medzifázovému tepelnému odporu, čo výrazne znižuje tepelnú vodivosť. Preto sú jemné procesy, ako je úprava povrchu diamantov a zliatina medenej matrice, hlavnými technologickými prekážkami, ktoré oddeľujú popredné spoločnosti od ostatných a zabezpečujú výnosy z výroby-, sú tiež kľúčovými konkurenčnými bodmi v tomto odvetví.
Diamantový priemysel sleduje dve hlavné technické cesty-jedno-kryštalické a polykryštalické-s výrazne odlišným tempom industrializácie. Jediný-kryštálový diamant nie je len vynikajúcim-materiálom odvádzajúcim teplo, ale aj vysokovýkonným-širokým{7}}polovodičom so širokým pásmovým odstupom, ktorý ponúka výhody, ako je vysoké prierazné napätie, silná odolnosť voči žiareniu a vysoká mobilita nosiča, s potenciálom do budúcnosti na použitie pri výrobe čipov pri vysokých-teplotách. Rast{10}}veľkoplošných{11} kryštálov však zostáva mimoriadne náročný. Bežné metódy-trojrozmerného{14}}rastu a (dlaždicovej) expanzie{15}}majú prísne požiadavky na kvalitu zárodočných kryštálov a prostredia ukladania a stále trpia problémami, ako sú medzery a-nerovnomerný rast, čo sťažuje{17}}skoré komerčné nasadenie.
Polykryštalický diamant vyrobený procesmi CVD, hoci má o niečo nižšiu tepelnú vodivosť (1 000 – 1 800 W/(m·K)) ako jednoduchý-kryštálový diamant v dôsledku fonónového rozptylu na hraniciach zŕn, možno ho vyrábať na veľkých plochách a pri nižších nákladoch v masovom meradle. Jeho tepelná vodivosť sa neustále zlepšuje so zvyšujúcou sa veľkosťou zrna. Medzi nimi mikrokryštalické a veľkozrnné polykryštalické diamanty ponúkajú dobrú rovnováhu medzi výkonom, veľkosťou a nákladmi a ich pokrok v industrializácii v oblasti odvádzania tepla vysokovýkonných zariadení ďaleko prevyšuje{7}}jedno{8}}kryštálové produkty najvyššej triedy.
V súčasnosti sa CVD výroba diamantov opiera najmä o štyri typy metód, medzi ktorými je proces MPCVD (mikrovlnná plazmová chemická depozícia) preferovanou voľbou na výrobu-kvalitného polykryštalického diamantu vďaka jeho výhodám bez kontaminácie elektródami, stabilnej plazme a kontrolovateľných parametrov. Tento proces však naráža na prekážku zariadenia: príprava-veľkoplošných diamantových filmov vyžaduje vyšší mikrovlnný výkon a nižšiu mikrovlnnú frekvenciu, takže veľkosť produktu a výkon sú úplne obmedzené hardvérovým výkonom mikrovlnného generátora.
Toto obmedzenie vybavenia priamo ovplyvňuje celý priemyselný reťazec. Špičkové importované systémy MPCVD sú drahé a majú dlhé dodacie lehoty, čo obmedzuje tempo rozširovania domácej kapacity. V rovnakom čase sa vysokovýkonné zariadenia MPCVD vyrábané na domácom trhu rýchlo menia a rušia zámorský technologický monopol. Rýchlosť nasadenia jeho hromadnej-výroby priamo určí trajektóriu-znižovania nákladov diamantových materiálov odvádzajúcich teplo-, a teda aj to, či tento materiál dokáže preniknúť zo špičkových-špecializovaných aplikácií do bežných výpočtových-odvetví, ako sú servery AI a akceleračné karty.