Under de senaste åren har galliumnitrid (GaN) använts i stor utsträckning i högfrekventa mikrovågsugnar, millimetervågsenheter etc., eftersom den har utmärkt prestanda med stort bandgap, hög värmeledningsförmåga, hög elektronmättnadsdrifthastighet och enkel bildning av heterostrukturer. Samtidigt har olika fält ställt högre krav på effekt, frekvens, effektivitet och tillförlitlighet hos GaN-baserade mikrovågsenheter. Den låga värmeavledningsförmågan hos GaN HEMT-enheter som utvecklats med större effekt och högre effektivitet har blivit en viktig faktor som begränsar förbättringen av enhetens prestanda och värmeavledningsförmågan bestäms huvudsakligen av anordningens substratmaterial. Eftersom diamantens värmeledningsförmåga är utmärkt, kommer de diamantbaserade enheterna att komma in i människors ögon.

Jämfört med vanliga SiC-baserade GaN-mikrovågsenheter har diamantbaserade GaN-kraftenheter högre värmeavledningsfunktioner. Från förverkligandet av enheter med mindre storlek och högre effekttäthet till marknadsföring av framtida RF-kraftenheter och relaterade system miniatyrisering, integration och högeffektiva applikationer, det finns fler och fler undersökningar om hög värmeledningsförmåga i diamant.

1.Diamant hög värmeledningsförmåga

För närvarande är diamant substratmaterialet med den högsta värmeledningsförmågan i naturen (värmeledningsförmågan hos Si, SiC och diamant är respektive 150, 390 och 1200 ～ 2000W · m-1 · K-1), och den har nästan perfekt värmeavledning i enheter med hög värme, så att mer och mer uppmärksamhet ägnas åt diamantmaterialen, särskilt diamantens värmeledningsförmåga.

Som ett brett bandgap halvledarmaterial kan diamant användas för att förbereda kraftenheter, optoelektroniska enheter, diamantbaserade detektorer, sensorer, mikroelektromekaniska och nanoelektromekaniska anordningar etc. Värmeöverföringsmekanismen hos diamant är att överföra värme genom gittervibrationer och kvantiteten den vibrationsenergi som genereras av kolatomer är relativt stor. Därför är diamantvärmeledningsförmågan högre än något material i naturen, och det har stor potential vid tillämpning av värmeavledning. Som ett substratmaterial kan diamant avsättas i GaN-kanalen med en storlek på hundratals nanometer, så att transistoranordningen effektivt kan sprida värme under drift.

Uppenbarligen är värmeledningsförmågan hos en diamant i enkelkristall och polykristallin högre än vanliga substrat, som SiC och Si. Diamantsubstratet kan effektivt lösa värmeavledningsproblemet som påverkar prestandaförbättringen för GaN-kraftenheter och det kan tillverka GaN-baserade kraftenheter med större effekttäthet under samma storlek.

Storleken på polykristallin diamant är inte längre begränsad till en enda enhet eller en liten grupp, och gruppstorleken kan utökas till flera centimeter. Det används ofta i olika enheter. När det används i ett stegvis arraychip kan det avsevärt förbättra systemets tillförlitlighet och minska systemets storlek och kostnad; när den används i en solid-state-förstärkare kan den avsevärt minska storleken, kostnaden och förbättra effektiviteten. när det används i bredbandskommunikation kan det minska chipstorleken och kostnaden, vilket förbättrar tillförlitligheten.

2. Metoder för odling av High Quality Diamond Material

För att erhålla högre tillväxthastighet, högre kvalitet och diamantsubstratmaterial i större storlek, utvecklas och förbättras kontinuerligt tillväxtmetoder. Metoder för odling av syntetisk diamantvärmeledningsförmåga och CVD diamantvärmeledningsförmåga presenteras kort nedan:

2.1Metoder för odling av syntetisk diamant

Metoden för syntetisk diamant är uppdelad i högtrycks- och högtemperaturmetod (HPHT) och kemisk ångavsättning (CVD). Diamanten framställd enligt HPHT-metoden har många problem, såsom liten syntetisk storlek, låg renhet och enstaka form, som inte kan uppfylla kraven i olika industrier, vilket begränsar dess tillämpning. CVD-metoden kan producera en enda diamantkristall värmeledningsförmåga, polykristaller termisk och tunnfilmsdoping. I teorin är storleken på CVD-diamanten inte begränsad.

2.2Metoder för odling av CVD Diamond

Det finns tre huvudmetoder för framställning av CVD-diamant: varmfilament CVD (HFCVD) -metod, likströms plasma-jet CVD (DC-PJ CVD) -metod, mikrovågsplasma CVD (MPCVD) -metod. CVD-metoden för hetfilament är den första metoden för att syntetisera värmeledningsförmåga diamantfilmi historien. Utrustningsstrukturen är enkel och lätt att använda med låga investeringskostnader. Processen kännetecknas av en snabbare tillväxthastighet för diamant, ett stort antal depositionsparametrar och mindre stränga krav. Men föroreningen av filamentmaterialet begränsar direkt den ytterligare förbättringen av diamantfilmens avsättningskvalitet. På 1990-talet gjorde utländska forskare kreativa genombrott vid beredningen av högkvalitativa diamantfilmer av stor yta. Genom både DC-PJ CVD-metoden och MPCVD-metoden har stora framsteg gjorts i olika aspekter, såsom förbättrad utrustningseffekt, deponeringsområdet utvidgats och kvaliteten på diamantfilmen förbättrats.

Nyligen är MPCVD den mest använda inom branschen och anses vara den mest idealiska metoden för framställning av IC-diamantvärmeledningsförmåga av hög kvalitet i framtiden.

Det finns ingen intern elektrod i resonanshålan i MPCVD (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition Technology), vilket kan undvika föroreningar orsakade av elektrodurladdning. Området för arbetstryck är relativt stort och plasman alstras med hög densitet, stor yta och hög stabilitet, utan att komma i kontakt med vakuumkärlets vägg, varigenom kontaminering av filmen med kärlväggen undviks.

3.Tillämpningar avDiamond Thermal Egenskaper

Hittills kan CVD-diamantvärmeledningsförmåga integreras i stor utsträckning i värmeavledande lösningar på följande tre sätt:

Oberoende enkel diamant enhet förenas av metallisering och svetsning (till exempel med användning av Ti / Pt / Au förstoftande metallavlagring och AuSn eutektisk svetsning);

Prefabricerade skivor stöder flera enheter, vilket gör det möjligt för tillverkare av enheter att bearbeta skivor i stora mängder (såsom metallisering och placering;

Direkt användning av diamantbeläggning.

För mer information, kontakta oss via e-post påvictorchan@powerwaywafer.com ochpowerwaymaterial@gmail.com.