Chipproductie en foundry

Diamantwafer van 200 millimeter moet oververhitting van AI-chips tegengaan

Diamond Foundry zegt als eerste bedrijf ter wereld een monokristallijne diamant met een diameter van 200 millimeter te hebben geproduceerd. De ontwikkeling kan op termijn belangrijk worden voor de koeling van krachtige processors en AI-chips. Diamant geleidt warmte ongeveer vijf keer beter dan koper en kan daardoor helpen om plaatselijke warmtepieken, zogenaamde hotspots, te verminderen.

Het Amerikaanse bedrijf presenteerde de ontwikkeling tijdens de CarbonSemi 2026-conferentie in het Chinese Ningbo. Het bijzondere aan de wafer is dat deze uit één doorlopend diamantkristal bestaat. Bij polykristallijne diamant, die uit meerdere kleine kristallen is opgebouwd, kunnen de onderlinge kristalgrenzen de warmtegeleiding beperken. De thermische geleidbaarheid van monokristallijne diamant kan oplopen tot meer dan 2.000 watt per meter kelvin, tegenover ongeveer 400 watt per meter kelvin voor koper. Daarnaast is diamant elektrisch isolerend en beschikt het over een hoge mechanische sterkte.

De hoge warmtegeleiding maakt het materiaal interessant voor moderne AI-processors. Die concentreren steeds meer vermogen op relatief kleine oppervlakken, waardoor lokale hotspots ontstaan. Door een diamantlaag dicht bij de chip te integreren, kan warmte sneller over een groter oppervlak worden verspreid. De warmte moet daarna nog steeds worden afgevoerd door bijvoorbeeld een koelblok of vloeistofkoeling. Diamant vervangt het bestaande koelsysteem dus niet, maar kan de warmteoverdracht binnen het processorpackage verbeteren.

Aan de ontwikkeling is ongeveer 25 jaar gewerkt. Onderzoekers Stefan Gsell en Martin Fischer hielden zich al lange tijd bezig met het opschalen van monokristallijne diamant. Zij kwamen in 2022 bij Diamond Foundry terecht na de overname van Augsburg Diamond Technology. Voor de productie van het 200 millimeter grote kristal waren onder meer verbeteringen nodig op het gebied van plasmatechnologie, reactorontwerp, kristalgroei en procescontrole.

De getoonde diamant is voorlopig nog niet klaar voor gebruik in chipproductie. Het exemplaar is ongepolijst en moet verder worden verwerkt en gecontroleerd. Ook heeft Diamond Foundry nog geen gegevens bekendgemaakt over de defectdichtheid, productieopbrengst, productiekosten of mogelijke productievolumes. Juist die factoren bepalen of het materiaal op industriële schaal toepasbaar wordt.

Diamond Foundry ziet een diameter van 300 millimeter als volgende stap. Dat is het formaat dat veel moderne chipfabrieken gebruiken. Volgens de topman maakt de huidige ontwikkeling die volgende stap voorspelbaar, maar een concrete productiedatum is nog niet bekendgemaakt.

Diamond Foundry is overigens niet het enige bedrijf dat diamant onderzoekt voor chipkoeling. Akash Systems werkt aan technologie waarbij synthetische diamant wordt gecombineerd met galliumnitride. De Beers ontwikkelt kopergecoate diamantcomposieten voor warmtebeheer en Frore Systems onderzoekt diamant in koelplaten voor krachtige Nvidia-processors. De belangstelling voor het materiaal neemt toe doordat de warmteontwikkeling van AI-hardware een steeds grotere technische uitdaging vormt.