增強GaN/3C-SiC/金剛石結(jié)構(gòu)的散熱性能以適應(yīng)實際器件應(yīng)用

熱管理在當(dāng)代電子系統(tǒng)中至關(guān)重要，而金剛石與半導(dǎo)體的集成提供了最有前途的改善散熱的解決方案。然而，開發(fā)一種能夠充分利用金剛石的高導(dǎo)熱性、承受高溫退火工藝并實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)是一項重大挑戰(zhàn)。

近日，第九屆國際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）在廈門國際會議中心召開。期間，“超寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)”分會上，大阪公立大學(xué)副教授梁劍波做了“增強 GaN/3C-SiC/金剛石結(jié)構(gòu)的散熱性能，以適應(yīng)實際器件應(yīng)用”的主題報告，分享了最新研究成果。涉及晶體生長法在金剛石上生長GaN、金剛石結(jié)構(gòu)上的晶片鍵合GaN、鍵合第一器件制造工藝、表面活性鍵合制備Si/金剛石界面、金剛石襯底上GaN高電子遷移率晶體管的制備等內(nèi)容。

報告指出，采用SAB法將硅襯底上生長的AlGaN/GaN/3C-SiC薄膜有效地轉(zhuǎn)移到金剛石襯底上，并在金剛石襯底上成功地制備了GaN-HEMT。結(jié)合界面表現(xiàn)出非凡的堅固性，能夠承受各種器件制造工藝。3C SiC/金剛石界面處的熱邊界電導(dǎo)測量值為119 W/m2?K，這標志著比當(dāng)前標準有了顯著進步。GaN HEMT o金剛石由于其高效的散熱特性而表現(xiàn)出優(yōu)異的輸出特性。

其研究展示了在Si上生長的 AlGaN/GaN/3C-SiC 層成功轉(zhuǎn)移到大尺寸金剛石基板上，然后在金剛石上制造GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)。值得注意的是，即使在 1100 °C退火后也沒有觀察到3C-SiC/金剛石鍵合界面的剝落，這對于金剛石上高質(zhì)量的GaN晶體生長至關(guān)重要。

3C-SiC-金剛石界面的熱邊界傳導(dǎo)代表著相對于當(dāng)前技術(shù)水平的重大進步。與 Si 和 SiC 襯底上制造的GaN HEMT 相比，在金剛石襯底上制造的 GaN HEMT 具有最大漏極電流和最低表面溫度。此外，與其他類似結(jié)構(gòu)相比，金剛石襯底上的 GaN HEMT 與 SiC 相比熱阻降低率最為顯著。這些結(jié)果表明，金剛石技術(shù)上的 GaN/3C-SiC 具有巨大的潛力，可以徹底改變電子系統(tǒng)的開發(fā)，并提高熱管理能力。

審核編輯：劉清