面向 GaN-on-Diamond 器件的室温键合 GaN-金刚石界面热导研究
应用物理
2019-09-05 v1 材料科学
摘要
宽禁带、高击穿电场和高载流子迁移率使 GaN 成为无线通信与雷达系统等大功率和高频电子应用的理想材料。然而，GaN 基 HEMT 的性能与可靠性受器件沟道中焦耳热引起的高沟道温度所限制。与 GaN 集成的高热导率衬底可改善 GaN 基 HEMT 的散热并降低器件工作温度。然而，GaN 与金刚石衬底的异质集成并非易事，且在最大化金刚石衬底带来的散热潜力方面存在技术挑战。本工作中，采用两种改进的室温表面活化键合技术将 GaN 与不同中间层厚度的单晶金刚石键合。利用 TDTR 从室温到 480 K 测量热物性。观察到具有 4 nm 中间层的 GaN-金刚石界面具有较大的 TBC（热边界电导），并进行了材料表征以将界面结构与 TBC 关联。器件建模表明，通过键合获得的实测 GaN-金刚石 TBC 值可充分利用单晶金刚石的高热导率，实现高功率 GaN 器件并达到优异的冷却效果。此外，本工作的室温键合工艺不会像以往研究中的其他高温集成工艺那样因热膨胀系数不同而引起应力问题。我们的工作为半导体与金刚石的室温异质集成在电子冷却尤其是 GaN-on-Diamond 器件中的应用潜力提供了启示。
引用
@article{arxiv.1909.01556,
title = {Interfacial Thermal Conductance across Room-Temperature Bonded GaN-Diamond Interfaces for GaN-on-Diamond Devices},
author = {Zhe Cheng and Fengwen Mu and Luke Yates and Tadatomo Suga and Samuel Graham},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.01556},
year = {2019}
}