隨著GaN基電子功率轉(zhuǎn)化器的功率密度增加和尺寸減小，器件的散熱成為實際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。金剛石在所有天然材料中具有最高的熱導(dǎo)率，可用于與 GaN 集成以消散 AlGaN/GaN 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 通道產(chǎn)生的熱量。目前的金剛石基 GaN 晶片（GaN-on-diamond）制備技術(shù)包括三種策略：GaN與金剛石結(jié)合、金剛石在GaN上的外延生長和GaN在金剛石上的外延生長。

       由于大的晶格失配和熱失配，金剛石基氮化鎵晶片的集成受到應(yīng)力、彎曲、裂紋、界面粗糙和熱邊界電阻大的影響。過渡層或緩沖層的界面阻礙了來自器件通道的熱流，并極大地影響了器件性能。

       日本國立物質(zhì)材料研究所桑立雯研究員團(tuán)隊總結(jié)了三種不同的技術(shù)來實現(xiàn)GaN-on-diamond晶圓制備AlGaN/GaN HEMT器件。討論了每種方法所面臨的問題和挑戰(zhàn)。此外，針對不同的集成和測量方法，分析了表征熱量集中的 GaN 和金剛石之間的有效熱邊界電阻。

圖1. 用于HEMT器件的金剛石基GaN晶片的制造

S：源極，D：漏極，G：柵極。

       文章系統(tǒng)的綜述了近年來用不同方法制備GaN-on-diamond晶圓的研究進(jìn)展、材料的性能以及制備的HEMT器件。GaN 或制作精良的 AlGaN/GaN HEMT 器件與金剛石的鍵合可以保持 GaN 器件和金剛石襯底的質(zhì)量。然而，介電夾層對于高溫或室溫鍵合以及由表面活化引起的非晶層是必需的。該夾層阻礙了來自器件通道的熱流，導(dǎo)致大的有效熱邊界電阻（TBReff）。近年來，SCD 襯底上 GaN 或 AlGaN/GaN HEMTs 結(jié)構(gòu)的生長技術(shù)得到發(fā)展。在外延GaN與金剛石襯底之間的界面處有較低的TBReff <10 m2K/GW。然而，雖然HEMT器件被證明，但由于大的晶格失配和熱失配，HEMT器件的晶體質(zhì)量和遷移率仍然與傳統(tǒng)的藍(lán)寶石、Si、SiC和獨立GaN襯底上生長的器件相差甚遠(yuǎn)。在GaN或HEMTs器件上的多晶或納米晶金剛石的CVD生長具有直接生長的獨特性，其生長位置盡可能接近焦耳熱點，這可能對熱耗散非常有效。然而，化學(xué)氣相沉積過程中氫對GaN的破壞和金剛石的成核減少限制了薄膜的質(zhì)量，導(dǎo)致金剛石的熱導(dǎo)率較差，TBReff 較大。此外，金剛石和GaN之間較大的熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致金剛石上GaN晶片出現(xiàn)應(yīng)力問題，導(dǎo)致層裂和晶片彎曲，影響器件的電性能。迄今為止，研究人員已經(jīng)用不同的方法來解決上述問題。毫無疑問，與藍(lán)寶石、Si 和 SiC 襯底上的器件相比，使用金剛石作為 AlGaN/GaN HEMT 器件的散熱器散熱是降低工作結(jié)溫度的高效方法。雖然GaN和金剛石之間存在較大的TBReff，但富士通實驗室已經(jīng)將 HEMT 操作期間的器件溫度降低了 40% 以上，而且由于金剛石的高導(dǎo)熱性，溫度可以降低 100°C 甚至更多。然而，要充分利用GaN技術(shù)進(jìn)行高功率應(yīng)用，降低GaN與金剛石之間的TBReff仍然是一個挑戰(zhàn)。使用金剛石散熱器對基于 GaN 的功率器件進(jìn)行有效的熱管理仍然需要新的策略和概念。

       文獻(xiàn)信息：

       相關(guān)成果以“Diamond as the heat spreader for the thermal dissipation of GaN-based electronic devices ”為題發(fā)表在Functional Diamond 上。

https://doi.org/10.1080/26941112.2021.1980356

第六屆國際碳材料大會暨產(chǎn)業(yè)展覽會

金剛石論壇

2021年12月13-15日 上?？鐕少彆怪行?/strong>

       1、組織機(jī)構(gòu)

       Conference Committee

       主辦單位：DT新材料、中國超硬材料網(wǎng)

       承辦單位：寧波德泰中研信息科技有限公司

       支持媒體：Carbontech、材視科技、激光制造網(wǎng)LaserfairCom、DT半導(dǎo)體材料

       2、亮點與價值

Highlights and Values

2021，精彩綻放！

多維度，全視角

貫穿產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)！

半導(dǎo)體核心主鏈

材料、工藝、裝備、加工、封裝、器件

……

不同應(yīng)用，最新科技，全面展開

產(chǎn)、學(xué)、研、用融合

 一場走在科技前沿的產(chǎn)學(xué)研會議

不一樣的熱點，超前沿的話題！

先進(jìn)刀具、關(guān)鍵裝備、應(yīng)用案例

半導(dǎo)體基片、硬脆難加工材料、復(fù)合材料

超高速磨削、超精密拋光、超精密切割

飛秒激光直寫、彈性應(yīng)變工程

……

10余場報告、頂級產(chǎn)學(xué)研嘉賓

齊聚在極端制造與超精密加工論壇

CVD金剛石、關(guān)鍵設(shè)備

先進(jìn)封裝、高導(dǎo)熱材料

超快激光、高功率激光器

量子精密測量、微波集成電路

GaN大功率放大器

金剛石襯底、芯片級散熱

寬禁帶、半導(dǎo)體

15場報告，金剛石功能應(yīng)用前沿代表

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程與方向

一目了然

。。。。。

豐富的形式

4場熱點交流討論

思維碰撞

探索金剛石未來無限可能！

        3、重磅嘉賓與熱點話題

        Special Speakers and Topics

2021年12月13-14日

極端制造與超精密加工技術(shù)論壇

金剛石前沿應(yīng)用論壇

2021年12月14-15日

。。。。。。

（部分嘉賓，持續(xù)更新，不分排名先后）

       4、交流與討論

       Exchange and Discussion

Workshop：復(fù)合材料加工技術(shù)研討會

主持人：康仁科，大連理工大學(xué)教授（暫定）

2021年12月13日 上午

Workshop：激光遇上碳——金剛石與激光結(jié)合的應(yīng)用探索

主持人：呂志偉，河北工業(yè)大學(xué)教授、副校長

2021年12月13日 上午

圓桌討論：超精密加工技術(shù)研討會

主持人：袁巨龍，浙江工業(yè)大學(xué)教授

2021年12月14日 上午

Workshop：金剛石材料在半導(dǎo)體前沿領(lǐng)域應(yīng)用探討

主持人：張進(jìn)成，西安電子科技大學(xué)教授（暫定）

2021年12月15日 下午

金剛石行業(yè)年度聚會

倒計時！

知道世界或讓世界知道

僅一步之遙

給你最好的最新的！

2021年12月13-15日

相約上海  

不見不散！

       報名聯(lián)系

       劉小雨 

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