随着GaN(氮化镓)在高功率和高频率领域广泛应用,氮化镓功率密度已接近极限值,要提升芯片功率,兼顾降低热阻,必须要有全新的散热方案,金刚石和氮化镓结合因此备受关注。当前金刚石和氮化镓有三种主流方式:将金刚石键合到 GaN 晶片或直接键合到 HEMT 器件;在单晶或多晶金刚石衬底上生长 GaN 外延;在 GaN 的正面或背面上生长纳米晶或多晶金刚石。化合积电一直潜心攻关金刚石和氮化镓结合的核心技术难题,三种结合方案都取得了成功,近日在 GaN 上生长多晶金刚石更是取得了全新突破。

金刚石衬底GaN相较于传统衬底GaN HEMT器件稳定性和可靠性更高。据Group4 Labs研究表明,将金刚石衬底GaN界面热阻(TBR)降低后,在RF模式下实现了3.87倍于传统SiC衬底GaN 器件功率密度,且工作热点温度降低了40-50%

产品最新进展:Diamond on GaN工艺取得新突破!

常见材料物理特性对比

在GaN表面生长金刚石的稳定性和散热能力等问题都已得到解决,随之而来的问题是,如果金刚石与GaN之间的界面热阻不能得到有效降低的话,则金刚石衬底GaN器件的散热性能将不能够得到有效发挥,因此如何优化GaN/金刚石的界面热阻(TBR)成为重点。

界面热阻取决于形核层质量、保护层厚度等,并且更薄的保护层和最优的生长和成核技术会降低金刚石和GaN之间的界面热阻。化合积电采用SiN(氮化硅)作为GaN的保护层,实现了GaN零损伤,与此同时,作为保护层的SiN损伤<5nm,有效降低了界面热阻。

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直接在GaN上沉积金刚石,除了散热能力方面体现出极为突出的优势,还具有界面结合强度高,界面不存在类似键合导致的界面结合不均匀性和键合孔洞现象等优势。研究表明,相较于键合技术获得的金刚石基GaN最低TBR(35m²K/GW),该术可以使界面热阻降到更低(6.5m²K/GW)。因此,该技术在高功率RF/毫米波晶体管和单模可见光半导体激光器的应用潜力巨大。

 

化合积电充分发挥金刚石薄膜平台工艺,协同客户进行工艺开发、工艺优化,充分发挥金刚石超高热导率、高介质击穿特性、高功率容量、低介电常数、高饱和载流子速度、高载流子迁移率等优异特性,为合适的基底(包括氮化镓等其他材料)镀金刚石薄膜,助力其在高压、高温、高频、高功率等各应用领域破解散热难题。化合积电为您提供专业而全面的金刚石热管理解决方案。

 

原文始发于微信公众号(化合积电):产品最新进展:Diamond on GaN工艺取得新突破!

作者 gan, lanjie