ダイヤモンドの熱伝導率

ダイヤモンドの熱伝導率

近年、窒化ガリウム(GaN)は、バンドギャップが大きく、熱伝導率が高く、電子飽和ドリフト速度が高く、ヘテロ構造の容易な形成。 同時に、さまざまな分野で、GaNベースのマイクロ波パワーデバイスの電力、周波数、効率、および信頼性に対するより高い要件が提唱されています。 より大きな電力とより高い効率で開発されたGaNHEMTデバイスの低熱放散能力は、デバイス性能の改善を制限する重要な要因になり、熱放散能力は主にデバイスの基板材料によって決定されます。 ダイヤモンドの熱伝導率が優れているため、ダイヤモンドベースのデバイスが人々の目にとまりつつあります。

一般的に使用されているSiCベースのGaNマイクロ波パワーデバイスと比較して、ダイヤモンドベースのGaNパワーデバイスはより高い熱放散能力を備えています。 小型で高出力密度のパワーデバイスの実現から、将来のRFパワーデバイスおよび関連システムの小型化、統合、高出力アプリケーションの推進まで、ダイヤモンドの高熱伝導率に関する研究がますます増えています。

1。ダイヤモンドの高い熱伝導率

現在、ダイヤモンドは熱伝導率が最も高い基板材料であり(Si、SiC、ダイヤモンドの熱伝導率はそれぞれ150、390、1200〜2000W・m-1・K-1)、ほぼ完全な熱放散を持っています。高熱デバイスでは、ダイヤモンド材料、特にダイヤモンドの熱伝導率にますます注意が払われています。

ワイドバンドギャップ半導体材料として、ダイヤモンドは、パワーデバイス、オプトエレクトロニクスデバイス、ダイヤモンドベースの検出器、センサー、微小電気機械およびナノ電気機械デバイスなどの準備に使用できます。ダイヤモンドの熱伝達メカニズムは、格子振動と量子を介して熱を伝達することです。炭素原子によって生成される振動のエネルギーは比較的大きいです。 したがって、ダイヤモンドの熱伝導率は自然界のどの材料よりも高く、熱放散の用途に大きな可能性を秘めています。 基板材料として、ダイヤモンドを数百ナノメートルのサイズのGaNチャネルに堆積させることができるため、トランジスタデバイスは動作中に効果的に熱を放散することができます。

明らかに、単結晶および多結晶のダイヤモンドの熱伝導率は、SiCやSiなどの一般的な基板よりも高くなっています。 ダイヤモンド基板は、GaNパワーデバイスの性能向上に影響を与える熱放散の問題を効果的に解決でき、同じサイズでより大きなパワー密度を備えたGaNベースのパワーデバイスを製造できます。

多結晶ダイヤモンドのサイズは、単一のデバイスや小さなアレイに制限されなくなり、アレイのサイズは数センチメートルに拡張できます。 さまざまなデバイスで広く使用されています。 フェーズドアレイチップで使用すると、システムの信頼性が大幅に向上し、システムのサイズとコストを削減できます。 ソリッドステートパワーアンプで使用すると、サイズとコストを大幅に削減し、効率を向上させることができます。 ブロードバンド通信で使用すると、チップのサイズとコストを削減し、信頼性を向上させることができます。

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2.Hを成長させる方法IGH Quality Diamond マテリアル

より高い成長速度、より高い品質、より大きなサイズのダイヤモンド基板材料を得るために、成長方法は絶えず革新と改善を続けています。 合成ダイヤモンドの熱伝導率とCVDダイヤモンドの熱伝導率を高める方法を以下に簡単に紹介します。

2.1合成ダイヤモンドの成長方法

合成ダイヤモンドの方法は、高圧高温法(HPHT)と化学蒸着(CVD)に分けられます。 HPHT法で作製したダイヤモンドは、合成サイズが小さい、純度が低い、単一の形状であるなどの多くの問題があり、さまざまな業界の要件を満たすことができず、その用途が制限されています。 CVD法は、単結晶の熱伝導率、多結晶の熱伝導率、および薄膜ドーピングを生成できます。 理論的には、CVDダイヤモンドのサイズは制限されていません。

2.2CVDダイヤモンドの成長方法

CVDダイヤモンドの調製には、主に3つの方法があります。ホットフィラメントCVD(HFCVD)法、直流プラズマジェットCVD(DC-PJ CVD)法、マイクロ波プラズマCVD(MPCVD)法です。 ホットフィラメントCVD法は、熱伝導率を合成する最初の方法です。 ダイヤモンドフィルム歴史の中で。 その設備構造はシンプルで操作が簡単で、低投資コストです。 このプロセスは、ダイヤモンドの成長速度が速く、堆積パラメータの範囲が広く、 厳しい要件。 しかし、フィラメント材料の汚染は、ダイヤモンド膜の堆積品質のさらなる改善を直接制限します。 1990年代、外国人研究者は、大面積の高品質ダイヤモンドフィルムの製造において創造的な進歩を遂げました。 DC-PJCVD法とMPCVD法の両方を通じて、装置の出力の向上、蒸着面積の拡大、ダイヤモンド膜の品質の向上など、さまざまな面で大きな進歩が見られました。

最近、MPCVDは業界で最も広く使用されており、将来的に大面積で高品質のICダイヤモンド熱伝導率を調製するための最も理想的な方法であると考えられています。

MPCVD(マイクロ波プラズマ化学蒸着技術)の共振空洞には内部電極がないため、電極の放電による汚染を回避できます。 動作圧力範囲は比較的広く、プラズマは真空容器壁に接触することなく高密度、大面積、高安定性で生成されるため、容器壁によるフィルムの汚染を回避できます。

3。のアプリケーションダイヤモンドサーマル プロパティ

これまでのところ、CVDダイヤモンドの熱伝導率は、次の3つの方法で熱放散ソリューションに広く統合できます。:

独立した単一のダイヤモンドユニットは、メタライゼーションと溶接によって結合されます(たとえば、Ti / Pt / Auスパッタリング金属蒸着とAuSn共晶溶接を使用)。

プレハブウェーハは複数のデバイスをサポートしているため、デバイスメーカーはウェーハを大量に処理できます(メタライゼーションや配置など)。

ダイヤモンドコーティングの直接使用。

詳細については、メールでお問い合わせください。[email protected] そして[email protected].

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