通过微波等离子体 CVD 在 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 上集成高纯度金刚石以增强热管理
应用物理
2025-11-13 v1 材料科学
摘要
将金刚石与 -GaO 集成为增强高功率电子器件热管理提供了一条极具前景的途径，其中 -GaO 固有的低热导率可能导致局部自热和升高的结温。在本工作中，我们展示了一种可扩展、低损伤的方法，利用微波等离子体化学气相沉积 (MPCVD)，在介电中间层和聚合物辅助静电纳米金刚石播种的 enabling 下，在 (010) -GaO 衬底上集成高质量多晶金刚石薄膜。我们系统研究了工艺条件，以评估其对薄膜形貌、晶粒演化、sp3 相纯度和光学特性的影响。在 800 °C 下生长的金刚石薄膜晶粒尺寸达 126.6 nm，RMS 粗糙度为 16.3 nm，并在约 1332 cm-1 处呈现出锐利的金刚石拉曼峰，半高宽 (FWHM) 为 34.98 cm-1。相应的 sp 相纯度超过 97.5%，光学带隙高达 5.13 eV。在 800 °C 下沉积时间从 10 分钟变化到 60 分钟，厚度从 53 nm 变为 315 nm，并伴随相应的晶粒粗化。中间层比较表明，在相同条件下，SiO2 比 SiNx 产生略大的晶粒和更高的纯度。值得注意的是，在低至 480 °C 的温度下实现了 sp 含量超过 96% 的薄膜，证实了该方法与降低的热预算的兼容性。这些结果为在热稳健的高功率和射频器件技术中可扩展的 -GaO/金刚石集成提供了稳健的框架。
引用
@article{arxiv.2511.08758,
title = {High-Purity Diamond Integration on $\beta$-Ga$_2$O$_3$ via Microwave Plasma CVD for Enhanced Thermal Management},
author = {Saleh Ahmed Khan and Stephen Margiotta and Ahmed Ibreljic and A F M Anhar Uddin Bhuiyan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.08758},
year = {2025}
}