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    氮化镓与金刚石键合新研究:通过SiC中间层在室温下键合

    时间:2023-01-23浏览次数:1511

    氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,,,非常适用于研制高频、、、、大功率器件。。。大功率、、高频率射频GaN基器件通常在SiC衬底上制造,,但SiC的导热率不足以满足GaN基器件的散热要求,,,散热问题成为制约GaN基功率器件进一步发展和广泛应用的主要技术瓶颈之一。。金刚石的热导率是SiC的几倍,,,它的高导热性使其成为一种优越的散热材料,,,是GaN器件热沉的首选材料。。。。GaN-金刚石结构可以大大提高器件的冷却效率,,,,GaN和金刚石的室温键合是制造该结构的有效技术。。


    日本大阪公立大学梁剑波教授课题组,,在之前的研究中已经证明了GaN和金刚石在室温下通过表面活化键合(SAB)方法能够直接键合,,,,GaN/金刚石键合界面实现了1000°C的热处理下仍保持键合状态,,并且对于GaN基器件具有优异的实用性。。。。然而,,,,晶片直接键合技术要求键合材料具有非常高的表面平整度。。。


    本研究通过SAB方法和沉积SiC层,,,实现了GaN和粗糙表面金刚石的室温键合,,,,并评估了1000°C下键合的GaN/金刚石界面的热稳定性。。对于键合界面,,,使用了高倍率透射电镜(TEM),,,,能量弥散X射线(EDX),,,电子能量损失谱(EELS), 拉曼光谱等分析手段进行了系统性的研究。。


    通过沉积7 nm厚的非晶SiC作为中间介质,,,大大降低SAB技术对金刚石表面粗糙度的要求。。1000 ℃热处理后形成的SiC层厚度略有增加,,这是因为SiC层中由游离的Si和C生成SiC,,且非晶SiC在热处理后变成多晶结构。。。即使高温处理后键合界面处也没有观察到空隙,,这表明金刚石-SiC的键合界面具有优异的热稳定性。。。研究结果表明,,SiC层的沉积可以降低对金刚石表面粗糙度的要求,,,,促进多晶金刚石和半导体材料的室温键合。。。


    商界晶圆级金刚石已成功与氮化镓键合,,,商界生产的高品质晶圆级金刚石热导率1000-2000W/m.k,,,表面粗糙度Ra<1nm,,,翘曲度Warp<100um,,,,转为键合定制,,,,助力金刚石与氮化镓键合成功。。。


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