Алмазная теплопроводность

Алмазная теплопроводность

В последние годы нитрид галлия (GaN) широко используется в высокочастотных, мощных микроволновых устройствах, устройствах миллиметрового диапазона и т. Д., Поскольку он обладает превосходными характеристиками: большой запрещенной зоной, высокой теплопроводностью, высокой скоростью дрейфа насыщения электронов и легкое формирование гетероструктур. В то же время в различных областях предъявляются более высокие требования к мощности, частоте, эффективности и надежности силовых микроволновых устройств на основе GaN. Низкая способность рассеивания тепла у устройств GaN HEMT, разработанных с большей мощностью и более высокой эффективностью, стала важным фактором, ограничивающим улучшение характеристик устройства, а способность рассеивания тепла в основном определяется материалом подложки устройства. Поскольку алмазная теплопроводность превосходна, устройства на основе алмаза попадают в глаза людям.

По сравнению с обычно используемыми силовыми микроволновыми устройствами на основе GaN на основе SiC, силовые устройства на основе GaN на основе алмаза обладают более высокой способностью рассеивать тепло. От реализации устройств меньшего размера и с более высокой плотностью мощности до продвижения будущих устройств ВЧ-мощности и миниатюризации связанных с ними систем, интеграции и применения мощных устройств, все больше и больше исследований проводится в области высокой теплопроводности в алмазе.

1.Алмазная высокая теплопроводность

В настоящее время алмаз является материалом подложки с самой высокой теплопроводностью в природе (теплопроводность Si, SiC и алмаза составляет соответственно 150, 390 и 1200 ~ 2000 Вт · м-1 · K-1), и он имеет почти идеальное рассеивание тепла. в устройствах с высокой температурой, поэтому все больше и больше внимания уделяется алмазным материалам, особенно их теплопроводности.

В качестве полупроводникового материала с широкой запрещенной зоной алмаз может использоваться для изготовления силовых устройств, оптоэлектронных устройств, детекторов на основе алмаза, датчиков, микроэлектромеханических и наноэлектромеханических устройств и т. Д. Механизм теплопередачи алмаза заключается в передаче тепла посредством колебаний решетки и квантового энергия вибрации, создаваемой атомами углерода, относительно велика. Следовательно, теплопроводность алмаза выше, чем у любых других материалов в природе, и он имеет большой потенциал в применении теплоотвода. В качестве материала подложки алмаз может быть нанесен в канал GaN размером в сотни нанометров, так что транзисторное устройство может эффективно рассеивать тепло во время работы.

Очевидно, что теплопроводность алмаза в монокристалле и поликристалле выше, чем у обычных подложек, таких как SiC и Si. Алмазная подложка может эффективно решить проблему рассеивания тепла, которая влияет на повышение производительности силовых устройств на основе GaN, а также позволяет изготавливать силовые устройства на основе GaN с большей плотностью мощности при том же размере.

Размер поликристаллического алмаза больше не ограничивается одним устройством или небольшим массивом, и размер массива может быть увеличен до нескольких сантиметров. Он широко используется в различных устройствах. При использовании в микросхеме фазированной решетки он может значительно повысить надежность системы и уменьшить ее размер и стоимость; при использовании в твердотельном усилителе мощности он может значительно уменьшить размер, стоимость и повысить эффективность; при использовании в широкополосной связи он может уменьшить размер и стоимость микросхемы, повышая надежность.

powerwaywafer

2. Способы выращивания Hкайф Qутилитарность Dалмаз Материалы

Чтобы получить более высокую скорость роста, более высокое качество и материалы алмазной подложки большего размера, методы выращивания постоянно обновляются и совершенствуются. Ниже кратко представлены методы увеличения теплопроводности синтетического алмаза и теплопроводности алмаза, полученного методом химического осаждения из паровой фазы:

2.1Способы выращивания синтетического алмаза

Метод синтетического алмаза делится на метод высокого давления и высокой температуры (HPHT) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Алмаз, полученный методом HPHT, имеет множество проблем, таких как небольшой синтетический размер, низкая чистота и единственная форма, которые не могут соответствовать требованиям в различных отраслях промышленности, что ограничивает его применение. Метод CVD может обеспечить теплопроводность монокристаллов алмаза, термические свойства поликристаллов и легирование тонких пленок. Теоретически размер CVD-алмаза не ограничен.

2.2Способы выращивания CVD-алмаза

Существует три основных метода подготовки CVD-алмаза: метод CVD с горячей нитью (HFCVD), метод CVD с плазменной струей постоянного тока (DC-PJ CVD), метод микроволнового плазменного CVD (MPCVD). Метод химического осаждения из паровой нити - это первый метод синтеза теплопроводности. алмазная пленкав истории. Его конструкция оборудования проста и удобна в эксплуатации с низкими инвестиционными затратами. Процесс характеризуется более высокой скоростью роста алмаза, широким диапазоном параметров наплавки и меньшим строгие требования. Но загрязнение материала нити напрямую ограничивает дальнейшее улучшение качества осаждения алмазной пленки. В 90-е годы зарубежные исследователи совершили творческий прорыв в создании качественных алмазных пленок большой площади. С помощью как метода DC-PJ CVD, так и метода MPCVD был достигнут большой прогресс в различных аспектах, таких как повышение мощности оборудования, расширение площади осаждения и улучшение качества алмазной пленки.

В последнее время MPCVD является наиболее широко используемым в промышленности и считается наиболее идеальным методом для получения в будущем высококачественного алмазного диаманта с большой площадью теплопроводности.

В резонансной полости MPCVD (микроволновая плазменная технология химического осаждения из паровой фазы) нет внутреннего электрода, что позволяет избежать загрязнения, вызванного разрядом электрода. Диапазон рабочего давления относительно широк, и плазма генерируется с высокой плотностью, большой площадью и высокой стабильностью без контакта со стенкой вакуумного сосуда, что позволяет избежать загрязнения пленки стенкой сосуда.

3.ПрименениеDiamond Thermal Свойства

На сегодняшний день теплопроводность CVD-алмаза может быть широко интегрирована в решения по отводу тепла следующими тремя способами::

Независимый единый алмазный блок соединяется металлизацией и сваркой (например, с использованием напыления металла Ti / Pt / Au и эвтектической сварки AuSn);

Готовые пластины поддерживают несколько устройств, что позволяет производителям устройств обрабатывать пластины в больших количествах (например, металлизация и размещение;

Прямое использование алмазного покрытия.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте на[email protected] и[email protected].

Поделиться этой записью