為了解決這個問題，人們把目光投向了鑽石：它的熱導率高達2000 W/m·K以上，是傳統SiC（~400 W/m·K）或Si（~150 W/m·K）基板的數倍到十倍以上。於是「GaN-on-Diamond」被視為下一代散熱終極方案之一，許多實驗室樣機也確實實現了結溫大幅降低、功率密度成倍提升。
但當這項技術從實驗室走向工程化、走向量產時，大家發現：鑽石帶來的性能提升遠沒有想像中那麼“自動”。真正的困難，不在鑽石材料本身，而是整個系統的熱設計邏輯。
熱源不在基板，鑽石並非散熱起點
在GaN HEMT 裝置中，主要熱量產生於閘極附近的通道區域，特別集中在靠近汲極一側的高電場區。由此，裝置內部的熱傳導路徑呈現明確的層級結構：通道→ GaN 外延層→ 過渡層→ 界面→ 鑽石基板
鑽石始終位於熱擴散路徑的末端，其高熱導率能否充分發揮，取決於上游結構是否能夠有效地將熱量傳遞並擴散至基板界面。這意味著，單獨強調基板材料性能，並不能直接等價為裝置結溫的顯著下降。
上圖清楚地展示了典型GaN-on-Diamond HEMT結構：熱源集中在極薄的GaN層（~1μm），熱量必須先向下擴散到數百微米厚的鑽石基板。任何一層「堵塞」都會讓峰值溫度居高不下。
GaN 層並非「越薄越好」的導熱通道
在直觀理解中，減薄GaN 外延層可以縮短熱傳導路徑，從而降低熱阻。然而工程分析表明，GaN 層在裝置熱管理中承擔著雙重功能：一方面，GaN 層是縱向熱傳導的重要通道；另一方面，其厚度直接決定了通道熱在進入高熱導基板前的橫向擴散能力。
當GaN 層過薄時，雖然縱向路徑縮短，但橫向熱擴散顯著受限，導致熱量高度集中，峰值結溫反而可能上升。因此，GaN 厚度的設計並非單一的“減薄策略”，而是需要在縱向傳熱效率與橫向熱擴散能力之間進行系統權衡。通常這個厚度在1-3μm左右，取決於功率密度和閘極佈局。
過渡層的存在，工程可靠度的選擇
在GaN-on-Diamond 結構中，3C-SiC、AlN 等過渡層常被視為引入額外熱阻的「非理想結構」。但在真實裝置製造與長期運作條件下，過渡層的工程價值不容忽視。
從純熱學角度看，任何額外層都會增加熱阻；但從裝置可靠度角度來看，GaN 與鑽石之間的熱膨脹係數失配如果不加以緩衝，將直接引入裂縫、剝離和應力失效風險。以3C-SiC 為代表的過渡層，雖然帶來一定界面熱阻，但在可控範圍內，其換取的是結構穩定性、製程視窗和良率的顯著提升。這種「略犧牲熱性能、換取系統可靠性」的選擇，正是工程設計而非實驗室極限的核心邏輯。
過渡層不是“無奈妥協”，而是可靠性必需品
GaN和鑽石的熱膨脹係數差異很大（GaN ~5.6×10⁻⁶/K，鑽石~1×10⁻⁶/K）。如果直接把GaN長在鑽石上，高溫製程或工作時巨大的應力會直接導致裂痕、剝離，甚至整個結構失效。因此必須引入過渡層（如3C-SiC、AlN或SiN等），以緩衝應力並提供晶格匹配。雖然這些過渡層熱導率遠低於鑽石，會增加一定熱阻，但它們換來的是結構穩定性、製程可控性以及裝置長期可靠性。
這正是工程思維的核心：寧可犧牲10-20%的熱性能，也要確保裝置能穩定工作10年以上。實驗室可以追求極限參數，產業界必須追求綜合最優。
上面兩圖展示了過渡層和界面的微觀細節：各種散射機制（如聲子散射、粗糙度、缺陷）都會影響界面熱導，但合理設計的過渡層能在可接受的熱阻下大幅提升可靠性。
界面熱阻必須在「真實元件條件」下評估。
理想結構與完整製程後的裝置，在介面狀態上往往有顯著差異。應力歷史、鍵結製程、金屬化流程都會改變界面熱輸運行為。因此，基於真實元件結構取得熱參數，並將其用於三維熱仿真，是GaN-on-Diamond 設計邁向成熟的關鍵一步。