Kuna kiibid kahanevad ja võimsustihedus tõuseb, on soojusjuhtimine muutunud jõudlust piiravaks kitsaskohaks. Vask ja alumiinium on tööstust teeninud aastakümneid, kuid nende soojusjuhtivus on lakke löömas. Seetõttu on pooljuhtide maailm pöördumas äärmuslike omadustega materjali poole: teemant.

Teemant, mille soojusjuhtivus on viis kuni kuus korda suurem vasest, on oma olemuselt suurepärane soojuse levitaja. Kuid selle muutmine praktiliseks soojuslahenduseks on loonud kolm erinevat tehnoloogiateed -teemant{0}}vaskkomposiidid, puhas CVD polükristalliline teemantjaüksik-kristallteemant. Kuigi kõik jagavad sõna "teemant", erinevad nende jõudlus, hinnapunktid ja sihtrakendused dramaatiliselt.

Vasakult paremale: teemant{0}}vasest komposiitketas, poolläbipaistev CVD polükristalliline teemantplaat ja selge üksik-kristallteemant - kolm materjaliarhitektuuri sama termilise väljakutse jaoks.

Teemant{0}}vaskkomposiididkombineerida sünteetilisi teemandiosakesi soojust juhtiva tugevdusena vaskmaatriksiga, mis on valmistatud infiltratsiooni või paagutamise teel. Mass{1}}toodetud kvaliteediklassid ulatuvad tavaliselt 600–900 W/m·K, samas kui 3D-võrguarhitektuuriga laboriproovid on ületanud 1000 W/m·K. Nende suurim eelis on häälestatav soojuspaisumise koefitsient (CTE): muutes teemandi mahuosa 40%-lt 70%-le, saab CTE-d valida 4–10 ppm/K, sobitades räni, ränikarbiidi ja galliumnitriidi. Tehniliseks väljakutseks on halb märguvus teemant{13}}vasest liidesel (kontaktnurk umbes 140 kraadi), mis nõuab tõhusa soojusülekandetee loomiseks karbiidi -moodustavaid katteid, nagu titaan või kroom.

Puhas CVD polükristalliline teemantkasvatatakse mikrolaine plasma keemilise aurustamise-sadestamise (MPCVD) abil ja see ei sisalda metallifaasi. Selle soojusjuhtivus ulatub laias vahemikus - umbes 1000 W/m·K madalamate sortide puhul ja üle 2200 W/m·K kõrgekvaliteediliste materjalide puhul -, olenevalt peamiselt tera suurusest. Suuremad terad tähendavad väiksemaid terade piire ja vähem foononi hajumist, mis viib juhtivuse lähemale üksikkristalli tasemele. Umbes 1 ppm/K CTE, suurepärase elektriisolatsiooni, keemilise inertsuse ja suure mehaanilise tugevusega on see hästi-ümmargune termiline materjal. Kaheksa{14}}tollised soojusjaoturid on juba masstootmises. Negatiivne külg on kõvadus: kuubikuteks lõikamine ja poleerimine on aeglane ja kulutavad tööriistu kiiresti, mis suurendab oluliselt kulusid.

Üksik{0}}kristallteemanttähistab tahkis{0}}materjalide soojusjuhtivuse piiri, tagades pidevalt 2000–2400 W/m·K. Seda toodab CVD homoepitaxy spetsiaalselt ühe-kristalli seemnetel, mis nõuab äärmiselt ranget protsessikontrolli. Ülemaailmne tootmine on täna koondunud 1–2 tollile; 2026. aastal saavutasid Element Six ja Orbray korratava 3-tollise töötluse, samas kui 4-tolline on veel arendamisel. Peamine väljakutse on defektide kontroll ja saagikus – kui suurus suureneb, muutuvad nihestused ja kaksikud eksponentsiaalselt tõenäolisemaks ning kasutatava pindala suhe langeb järsult. Rakendused on praegu piiratud jõudlusega sektoritega, nagu kaitse, satelliidikoormus ja 6G RF-seadmed.

Teemant-vaskkomposiidid maksavad praegu ligikaudu 3–5 × puhast vaske, kusjuures 4-tollised soojusjaoturid ulatuvad alla -tuhande- jüaani. Kulutundliku andmekeskuse juurutamise korral saab selle lisatasu taastada jõudluse kasvu ja energiasäästu kaudu.

Puhas CVD polükristalliline teemant on oluliselt kallim - 4-tolliste soojusjaoturitega, mille hind on umbes 30 000 jüaani vahvli kohta. Domineeriv kulutegur on elekter: MPCVD tööriistad töötavad pidevalt päevi või nädalaid kõrgel -temperatuuril plasmakeskkonnas, kusjuures võimsus moodustab 40–50% kogu tootmiskuludest. Seadmete amortisatsioon on suuruselt teine{8}}komponent.

Üksik-kristallteemant on kõige kallim, 2-tollised substraadid maksavad kümneid tuhandeid jüaane ja pakkumine on piiratud. Kvaliteetsed-seemned on ise CVD-kasvatatud tooted, millel on pikk tarneaeg ja piiratud saagikus. Kasvukiirus on vaid mõni mikromeeter tunnis, mis tähendab, et ühe vahvli jaoks võib kuluda nädalaid. Koos ülimadala suure pindala saagikusega muudavad need tegurid kulude kiire vähenemise ebatõenäoliseks.