Kekonduksian Terma Berlian

Kekonduksian Terma Berlian

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, gallium nitride (GaN) digunakan secara meluas dalam frekuensi tinggi, gelombang mikro berkuasa tinggi, peranti gelombang milimeter, dan lain-lain, kerana ia mempunyai prestasi yang sangat baik dari jurang jalur besar, kekonduksian terma yang tinggi, kelajuan drift tepu elektron yang tinggi, dan pembentukan heterostruktur yang mudah. Pada masa yang sama, pelbagai bidang telah mengemukakan keperluan yang lebih tinggi dalam daya, frekuensi, kecekapan dan kebolehpercayaan peranti kuasa gelombang mikro berasaskan GaN. Keupayaan pelesapan haba yang rendah dari alat GaN HEMT yang dikembangkan dengan kekuatan yang lebih besar dan kecekapan yang lebih tinggi telah menjadi faktor penting yang menyekat peningkatan prestasi peranti, dan kemampuan pelesapan panas ditentukan terutamanya oleh bahan substrat peranti. Oleh kerana kekonduksian terma berlian sangat baik, peranti berasaskan berlian masuk ke mata orang.

Berbanding dengan peranti kuasa gelombang mikro GaN berasaskan SiC yang biasa digunakan, peranti kuasa GaN berasaskan berlian mempunyai keupayaan pelesapan haba yang lebih tinggi. Dari realisasi peranti kuasa bersaiz lebih kecil dan berketumpatan tinggi hingga promosi peranti kuasa RF masa depan dan miniaturisasi sistem yang berkaitan, integrasi dan aplikasi daya tinggi, terdapat lebih banyak penyelidikan mengenai kekonduksian terma yang tinggi pada berlian.

1.Kekonduksian Terma Tinggi Diamond

Pada masa ini, berlian adalah bahan substrat dengan kekonduksian terma tertinggi (kekonduksian terma Si, SiC dan berlian masing-masing 150, 390 dan 1200 ~ 2000W · m-1 · K-1), dan ia mempunyai pelesapan haba yang hampir sempurna dalam peranti panas tinggi, semakin banyak perhatian diberikan pada bahan berlian, terutama pada kekonduksian terma berlian.

Sebagai bahan semikonduktor bandgap yang luas, berlian dapat digunakan untuk menyiapkan alat kuasa, alat optoelektronik, alat pengesan berbasis intan, sensor, peranti mikroelektromekanik dan nanoelektromekanik, dll. Mekanisme pemindahan haba berlian adalah untuk memindahkan haba melalui getaran kisi, dan kuantum tenaga getaran yang dihasilkan oleh atom karbon agak besar. Oleh itu, kekonduksian haba berlian lebih tinggi daripada bahan di alam, dan ia berpotensi besar dalam penggunaan pelesapan haba. Sebagai bahan substrat, berlian dapat disimpan di saluran GaN dengan ukuran beratus-ratus nanometer, sehingga alat transistor dapat menghilangkan haba dengan berkesan semasa operasi.

Jelas sekali, kekonduksian terma berlian dalam kristal tunggal dan polikristalin lebih tinggi daripada substrat biasa, seperti SiC dan Si. Substrat berlian dengan berkesan dapat menyelesaikan masalah pelesapan panas yang mempengaruhi peningkatan prestasi peranti kuasa GaN, dan ia dapat membuat peranti kuasa berasaskan GaN dengan ketumpatan daya yang lebih besar dengan ukuran yang sama.

Ukuran berlian polikristal tidak lagi terbatas pada satu peranti atau susunan kecil, dan ukuran susunan dapat diperluas hingga beberapa sentimeter. Ia digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti. Apabila digunakan dalam cip array bertahap, ia dapat meningkatkan kebolehpercayaan sistem dengan ketara dan mengurangkan ukuran dan kos sistem; apabila digunakan dalam penguat kuasa keadaan pepejal, ia dapat mengurangkan ukuran, kos dan meningkatkan kecekapan dengan ketara; apabila digunakan dalam komunikasi jalur lebar, ia dapat mengurangkan saiz dan kos cip, meningkatkan kebolehpercayaan.

powerwaywafer

2. Kaedah Menanam High Quality Diamond bahan

Untuk mendapatkan kadar pertumbuhan yang lebih tinggi, bahan substrat berlian yang berkualiti tinggi dan bersaiz lebih besar, kaedah pertumbuhan sentiasa berinovasi dan bertambah baik. Kaedah untuk meningkatkan kekonduksian terma berlian sintetik dan kekonduksian terma berlian CVD diperkenalkan secara ringkas di bawah:

2.1Kaedah Menanam Berlian Sintetik

Kaedah berlian sintetik terbahagi kepada kaedah tekanan tinggi dan suhu tinggi (HPHT) dan pemendapan wap kimia (CVD). Berlian yang disiapkan dengan kaedah HPHT mempunyai banyak masalah, seperti ukuran sintetik kecil, kemurnian rendah dan bentuk tunggal, yang tidak dapat memenuhi syarat dalam pelbagai industri, sehingga membatasi penggunaannya. Kaedah CVD dapat menghasilkan kekonduksian terma kristal berlian tunggal, termal polikristal, dan doping filem nipis. Secara teori, ukuran berlian CVD tidak terhad.

2.2Kaedah untuk Menanam CVD Diamond

Terdapat tiga kaedah utama untuk penyediaan berlian CVD: kaedah CVD (HFCVD) filamen panas, kaedah CVD jet arus terus (DC-PJ CVD), kaedah CVD plasma gelombang mikro (MPCVD). Kaedah CVD filamen panas adalah kaedah pertama mensintesis kekonduksian terma filem berliandalam sejarah. Struktur peralatannya mudah dan senang dikendalikan dengan kos pelaburan yang rendah. Proses ini dicirikan oleh kadar pertumbuhan berlian yang lebih cepat, pelbagai parameter pemendapan dan kurang syarat yang ketat. Tetapi pencemaran bahan filamen secara langsung membatasi peningkatan kualiti pemendapan filem berlian. Pada tahun 1990-an, penyelidik asing membuat kejayaan kreatif dalam penyediaan filem berlian berkualiti tinggi di kawasan besar. Melalui kaedah DC-PJ CVD dan kaedah MPCVD, kemajuan besar telah dicapai dalam pelbagai aspek, seperti daya peralatan diperbaiki, luas pemendapan diperluas, dan kualiti filem berlian bertambah baik.

Baru-baru ini, MPCVD adalah yang paling banyak digunakan dalam industri dan dianggap sebagai kaedah yang paling sesuai untuk menyiapkan kekonduksian haba berlian IC yang luas dan berkualiti tinggi pada masa akan datang.

Tidak ada elektroda dalaman dalam rongga resonan MPCVD (Teknologi Pemendapan Uap Kimia Plasma Mikro), yang dapat mengelakkan pencemaran yang disebabkan oleh pelepasan elektrod. Julat tekanan operasi relatif luas, dan plasma dihasilkan dengan kepadatan tinggi, luas luas dan kestabilan tinggi, tanpa menghubungi dinding vakum vakum, sehingga dapat mengelakkan pencemaran filem oleh dinding kapal.

3.Permohonan dariTermal Berlian Properties

Sejauh ini, kekonduksian terma berlian CVD dapat disatukan secara meluas ke dalam penyelesaian pelesapan haba dengan tiga cara berikut:

Unit berlian tunggal bebas digabungkan dengan metalisasi dan kimpalan (contohnya, menggunakan pemendapan logam sputtering Ti / Pt / Au dan pengelasan eutektik AuSn);

Wafer pasang siap menyokong pelbagai peranti, membolehkan pengeluar peranti memproses wafer dalam jumlah besar (seperti metalisasi dan penempatan;

Penggunaan lapisan berlian secara langsung.

Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi kami melalui e-mel di[email protected] dan[email protected].

Kongsi catatan ini