Ein Diamant mit 20 Zentimetern Durchmesser, gewachsen als ein einziger Kristall: Diesen Meilenstein meldet der US-Hersteller Diamond Foundry. Am 6. November 2026 stellte das Unternehmen aus San Francisco nach eigenen Angaben den ersten einkristallinen Diamanten mit 200 Millimetern Durchmesser vor. Firmenchef Martin Roscheisen präsentierte ihn per Videobeitrag auf der Konferenz CarbonSemi 2026 im chinesischen Ningbo. Das Fernziel sind Diamantwafer, die die Wärme von Hochleistungschips verteilen. Fertig ist ein solcher Wafer noch nicht: Das gezeigte Stück ist unpoliert und stammt direkt aus dem Wachstumsprozess.

Was Diamond Foundry vorgestellt hat

Laut Diamond Foundry handelt es sich weder um zusammengesetzte Diamantstücke noch um eine polykristalline Scheibe aus vielen Körnern, sondern um einen durchgehenden Einkristall. Im November 2023 hatte das Unternehmen einen einkristallinen Diamantwafer mit 100 Millimetern vorgestellt. Der Durchmesser hat sich also verdoppelt, die Fläche vervierfacht. Den Erfolg schreibt Roscheisen neben Hunderten Mitarbeitern namentlich den Forschern Stefan Gsell und Martin Fischer zu, deren Arbeit an großen Diamant-Einkristallen vor 25 Jahren begann. Mit 200 Millimetern sei auch ein Kristall mit 300 Millimetern absehbar geworden, so Roscheisen. Das ist der Durchmesser, mit dem moderne Chipfabriken arbeiten. Einen Termin dafür nennt er nicht.

Wesentliche Angaben fehlen: Dicke, Defektdichte, Ausbeute und Preis hat Diamond Foundry nicht veröffentlicht. Ob ein polierter Wafer die Qualität erreicht, die Chiphersteller verlangen, ist damit offen. Das 100-mm-Stück von 2023 entstand per Heteroepitaxie, also durch Aufwachsen von Diamant auf einem fremden Trägermaterial. Entwickelt wurde das Verfahren an der Universität Augsburg. Diamond Foundry übernahm 2022 die Augsburger Firma Audiatec, die Diamant auf einer nanometerdünnen Iridiumschicht über yttriumstabilisiertem Zirkonoxid auf einem Siliziumwafer wachsen lässt. Ob der neue 200-mm-Kristall auf demselben Weg entstand, sagt die Mitteilung nicht.

Eine Hand im weißen Laborhandschuh hält eine dunkle, unregelmäßig berandete Diamantscheibe, ein Pfeil markiert 92 Millimeter Durchmesser

Bild: Früherer Meilenstein der Heteroepitaxie, nicht der neue 200-mm-Kristall – freistehender, unpolierter Diamant-Einkristall mit 92 Millimetern Durchmesser und 1,6 Millimetern Dicke aus einer Veröffentlichung der Universität Augsburg von 2017. Foto: Matthias Schreck, Stefan Gsell, Rosaria Brescia und Martin Fischer, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Warum Diamant Wärme so gut leitet

Die oft zitierte Faustregel, Diamant leite Wärme fünfmal so gut wie Kupfer, lässt sich physikalisch nachvollziehen. Einkristalliner Diamant erreicht bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von rund 2200 Watt pro Meter und Kelvin, wie der Materialforscher David Cahill von der University of Illinois in einer Übersicht zusammenfasst. Kupfer, aus dem viele Kühlkörper und Heatspreader bestehen, kommt auf rund 400 W/(m·K), Silizium auf etwa 140. Die Stanford-Professorin Srabanti Chowdhury beziffert den Wert für Diamant-Einkristalle im Fachmagazin IEEE Spectrum auf 2200 bis 2400 W/(m·K), etwa das Sechsfache von Kupfer.

Entscheidend ist die Kristallqualität. Dicke polykristalline CVD-Diamantschichten erreichen laut Cahill rund 1700 W/(m·K), die besten Diamant-Metall-Verbundwerkstoffe 960. In polykristallinem Material wachsen die Körner anfangs als schmale Säulen, die Wärme seitlich schlecht weiterreichen, wie Chowdhury beschreibt. Gerade die seitliche Ausbreitung ist bei einem Heatspreader aber gefragt: Er soll die Wärme von kleinen, sehr heißen Stellen auf eine größere Fläche verteilen, bevor sie in den Kühler geht. Cahill zufolge zählt dafür das Produkt aus Wärmeleitfähigkeit und Dicke.

Genau dort setzt Diamond Foundry an. Nach Darstellung des Herstellers konzentrieren KI-Prozessoren hohe Leistung auf kleiner Fläche. Dank seiner Wärmeleitfähigkeit könne Diamant diese Wärme verteilen und damit Chiparchitektur, Leistungsdichte, Zuverlässigkeit und Kühlung beeinflussen. Zugleich ist Diamant ein elektrischer Isolator.

Die Hürden: Grenzflächen, Oberflächen, Kosten

Ein hervorragender Wärmeleiter allein genügt nicht, die Wärme muss auch über die Grenzfläche zwischen Chip und Diamant. Cahill beziffert den thermischen Grenzflächenwiderstand der besten direkt gebondeten Verbindungen zu Diamant auf etwa 10 m²K/GW. Zum Vergleich: Ein 100 Mikrometer dicker Silizium-Die bringt es auf etwa 700, eine fünf Mikrometer dünne Wärmeleitschicht auf rund 1700. Die Verbindung muss also sehr gut gelingen, damit der Vorteil des Diamanten nicht verpufft. Auch Chowdhury nennt atomar glatte Diamantoberflächen als eine der offenen Aufgaben. Der Kristall von Diamond Foundry ist bislang nicht einmal poliert.

Diamant direkt auf fertigen Chips abzuscheiden, ist ebenfalls schwierig. Übliche Verfahren arbeiten bei 900 Grad Celsius und mehr, das überstehen die Schaltkreise nicht. Chowdhurys Gruppe in Stanford lässt deshalb polykristallinen Diamant bei rund 400 Grad wachsen. Diamond Foundry setzt dagegen auf große einkristalline Scheiben, die zugeschnitten, poliert und mit Chips kombiniert werden sollen.

Wie viel ein solcher Wafer kosten soll, verrät Diamond Foundry nicht. Bekannt ist dagegen, wie viel Geld in die Fertigung fließt. Die spanische Staatsholding SETT hat im Mai 2026 eine Investition von 752 Millionen Euro in ein Gemeinschaftsunternehmen mit der spanischen Tochter von Diamond Foundry und privaten Investoren besiegelt, an dem sie 32 Prozent hält. Insgesamt umfasst das Vorhaben bis 2029 rund 2,35 Milliarden Euro. In Trujillo in der Extremadura entstehen die einkristallinen Diamant-Ingots, in Zaragoza baut das Unternehmen ein Werk, das Wafer schneidet, läppt, poliert und prüft. Geplant sind bis zu 800 Arbeitsplätze.

Einordnung

Der 200-mm-Kristall ist ein deutlicher Größensprung, aber noch kein Produkt. Unabhängige Messungen zu Defektdichte und Wärmeleitfähigkeit des neuen Stücks gibt es nicht, ebenso wenig Angaben zu Ausbeute, Preis oder Kunden. Für hohe Wärmeleitfähigkeit ist Diamant kaum zu schlagen, wie Cahill festhält. Ob sich einkristalliner Diamant in großen Stückzahlen, zu vertretbaren Kosten und mit verlustarmen Grenzflächen in Chipgehäuse bringen lässt, muss Diamond Foundry erst noch zeigen. Als erstes Ziel nennt das Unternehmen KI-Prozessoren, deren Abwärme sich auf immer kleineren Flächen ballt. Ein Hintergrundstück zu den Gehäusetechniken solcher Chips liefert unser Artikel über Advanced Packaging.

Quellen

Bildnachweis