GaN/III-氮化物薄膜上金刚石的热应力建模
应用物理
2021-02-22 v1 材料科学
摘要
氮化镓（GaN）器件的金刚石散热片目前依赖于稳健的晶圆键合工艺。无键合薄膜方法展现出潜力，然而在 III-氮化物（III-N）异质结构薄膜上直接进行金刚石化学气相沉积（CVD）会引发显著的热应力。在这项工作中，采用解析方法、数值模型与实验验证对这些热应力进行了研究。热应力由 GaN/III-N 叠层、硅（Si）与金刚石之间从室温到 CVD 生长温度的热膨胀系数（CTE）失配所引起。简化的解析晶圆弯曲模型低估了小尺寸薄膜的弯曲，而数值模型利用温度梯度以更高精度复现了应力与弯曲。室温下利用拉曼光谱测得的最大拉伸应力约为 1.0 GPa，而表面轮廓仪显示薄膜弯曲高达 \SI{58}{\micro\metre}。这一大弯曲由初始加热阶段中来自 Si 框架的附加应力所致，这些应力被金刚石固定，并凸显了任何使用接触式光刻的器件制备所面临的挑战。然而，若对薄膜进行预加应力使其在 CVD 温度下变平，则可减小该弯曲。以此方式，可实现一种无需晶圆键合即在 GaN/III-N 结构上生长金刚石的充足平台。
引用
@article{arxiv.2102.09664,
title = {Thermal stress modelling of diamond on GaN/III-Nitride membranes},
author = {Jerome A. Cuenca and Matthew D. Smith and Daniel E. Field and Fabien C-P. Massabuau and Soumen Mandal and James Pomeroy and David J. Wallis and Rachel A. Oliver and Iain Thayne and Martin Kuball and Oliver A. Williams},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.09664},
year = {2021}
}