金剛石基氮化鎵(GaN)技術(shù)

金剛石在目前所知的天然物質(zhì)中具有最高的熱導(dǎo)率，室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2000Wm-1K-1，是碳化硅導(dǎo)熱系數(shù)的四到五倍。作為襯底材料，金剛石可以以數(shù)百納米的尺寸沉積在GaN信道內(nèi)，使晶體管設(shè)備在工作時能夠有效散熱。在高頻、大功率GaN 基高電子遷移率晶體管(HEMT)和電路的散熱方面極有應(yīng)用潛力。

Felix Ejeckam于2003年發(fā)明了金剛石上的GaN，以有效地從GaN晶體管中最熱的位置提取熱量。其基本理念是利用較冷的GaN放大器使系統(tǒng)更節(jié)能，減少浪費。金剛石上的GaN晶片是通過GaN通道或外延將其從原始的Si襯底中剝離下來，而后通過一個35 nm的SiN界面層結(jié)合在CVD合成的金剛石襯底上。這種200°C的GaN通道與CVD形成納米級的金剛石是接近最導(dǎo)熱工業(yè)材料,它會大大降低放大器的基板和通道之間的溫度上升。多年來，許多課題組已經(jīng)量化了上述的熱改善。先將Si基GaN HEMT晶圓片黏貼到一個臨時Si載片上，待原始的硅基板被蝕刻掉，然后利用CVD方法在GaN層下方的35 nm的界面層上沉積金剛石。最后，臨時的Si載體被蝕刻，最終的金剛石上的GaN晶圓被加工為HEMTs或MMICs。

與SiC基GaN相比，如果GaN MMIC產(chǎn)生的熱量可以降低40%到50%，那么就可以將更大的功率密度壓縮到更小的體積空間中。功率是下行數(shù)據(jù)速率計算的直接參數(shù)，功率越高，傳送的信息越多。在非常緊湊的空間中，使用金剛石上GaN可以降低對于冷卻系統(tǒng)的要求。因為與使用標(biāo)準(zhǔn)的SiC基GaN功率放大器相比，金剛石上GaN的使用可以允許環(huán)境溫度升高得更高，同時不會降低性能與可靠性。冷卻裝置的減少也意味著重量和尺寸的減少。 (百度新聞)