隨著GaN基電子功率轉化器的功率密度增加和尺寸減小，器件的散熱成為實際應用的關鍵問題。金剛石在所有天然材料中具有最高的熱導率，可用于與 GaN 集成以消散 AlGaN/GaN 高電子遷移率晶體管 (HEMT) 通道產生的熱量。目前的金剛石基 GaN 晶片（GaN-on-diamond）制備技術包括三種策略：GaN與金剛石結合、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。

       日本國立物質材料研究所桑立雯研究員團隊總結了三種不同的技術來實現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。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。

       文章系統的綜述了近年來用不同方法制備GaN-on-diamond晶圓的研究進展、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，導致大的有效熱邊界電阻（TBReff）。近年來，SCD 襯底上 GaN 或 AlGaN/GaN HEMTs 結構的生長技術得到發展。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器件的晶體質量和遷移率仍然與傳統的藍寶石、Si、SiC和獨立GaN襯底上生長的器件相差甚遠。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量，導致金剛石的熱導率較差，TBReff 較大。此外，金剛石和GaN之間較大的熱膨脹系數導致金剛石上GaN晶片出現應力問題，導致層裂和晶片彎曲，影響器件的電性能。迄今為止，研究人員已經用不同的方法來解決上述問題。毫無疑問，與藍寶石、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熱性，溫度可以降低 100°C 甚至更多。然而，要充分利用GaN技術進行高功率應用，降低GaN與金剛石之間的TBReff仍然是一個挑戰。使用金剛石散熱器對基于 GaN 的功率器件進行有效的熱管理仍然需要新的策略和概念。

       文獻信息：

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

https://doi.org/10.1080/26941112.2021.1980356

第六屆國際碳材料大會暨產業展覽會

金剛石論壇

2021年12月13-15日 上海跨國采購會展中心

       1、組織機構

       Conference Committee

       主辦單位：DT新材料、中國超硬材料網

       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LaserfairCom、DT半導體材料

       2、亮點與價值

Highlights and Values

2021，精彩綻放！

多維度，全視角

貫穿產業鏈不同環節！

半導體核心主鏈

材料、工藝、裝備、加工、封裝、器件

……

不同應用，最新科技，全面展開

產、學、研、用融合

 一場走在科技前沿的產學研會議

不一樣的熱點，超前沿的話題！

先進刀具、關鍵裝備、應用案例

半導體基片、硬脆難加工材料、復合材料

超高速磨削、超精密拋光、超精密切割

飛秒激光直寫、彈性應變工程

……

10余場報告、頂級產學研嘉賓

齊聚在極端制造與超精密加工論壇

CVD金剛石、關鍵設備

先進封裝、高導熱材料

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、半導體

15場報告，金剛石功能應用前沿代表

產業化進程與方向

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論壇

金剛石前沿應用論壇

2021年12月14-15日

。。。。。。

（部分嘉賓，持續更新，不分排名先后）

       4、交流與討論

       Exchange and Discussion

Workshop：復合材料加工技術研討會

主持人：康仁科，大連理工大學教授（暫定）

2021年12月13日 上午

Workshop：激光遇上碳——金剛石與激光結合的應用探索

主持人：呂志偉，河北工業大學教授、副校長

2021年12月13日 上午

圓桌討論：超精密加工技術研討會

主持人：袁巨龍，浙江工業大學教授

2021年12月14日 上午

Workshop：金剛石材料在半導體前沿領域應用探討

主持人：張進成，西安電子科技大學教授（暫定）

2021年12月15日 下午

金剛石行業年度聚會

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！

       報名聯系

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