近日，大阪市立大學（Osaka City University）、東北大學、Air Water通過對金剛石鍵合的氮化鎵（GaN）進行熱處理，成功制造出晶體管，并進行散熱，宣布顯示了性能的提高。

       該成果由大阪市立大學大學院工學研究科的梁劍波副教授和重川直樹教授、東北大學材料研究所的大野弘教授、永井康介教授和材料與材料研究機構共同完成。Yasuo Shimizu 博士（研究時）和 Air Water 的 Keisuke Kawamura 博士的聯(lián)合研究團隊。詳細信息發(fā)表在有關應用物理學的學術期刊《應用物理快報》上。

       與傳統(tǒng)的 Si 晶體管相比，GaN 晶體管可以在更高的輸出和更高的頻率下工作，因此需要開發(fā)更有效的散熱方法以防止晶體管劣化和器件壽命縮短。作為一種方法，正在進行研究和開發(fā)，目的是實現(xiàn)使用金剛石作為散熱材料的“金剛石上氮化鎵”結構。但是，大部分的研究和開發(fā)都是“器件優(yōu)先”，其中晶體管在制造后與金剛石結合，因此難以增加面積。

       在這種情況下，研究團隊在 2021 年 9 月報告稱，他們成功地直接鍵合了 GaN 和金剛石，并證實通過高達 1000°C 的熱處理保持鍵合。然而，當時還不能用與金剛石鍵合的 GaN 層來制造晶體管，并不能證明改善散熱的效果。

       因此，本研究將沉積在Si襯底上的8μm厚的GaN層/碳化硅（3C-SiC）緩沖層（1μm厚）與Si襯底分離，通過表面活化鍵合的方法與金剛石鍵合。挑戰(zhàn)。采用“先鍵合”方法制造 GaN 晶體管，該方法包括鍵合后在 800°C 的熱處理，并使用高質量的 SiC 層，即使在晶體管制造后也不會發(fā)生薄膜剝離。證實了良好的鍵合可以實現(xiàn)。

       此外，為了比較特性，與在 Si 基板上制造的相同形狀的 GaN 晶體管進行比較時，在金剛石結中施加相同功率時的溫升降低到約 1/3，并且散熱。表明特性得到改善，這反過來又改善了晶體管特性。

       研究團隊解釋說，這種方法可以增加金剛石上GaN的面積，預計使用范圍將擴大到雷達和逆變器等高輸出和大功率應用。