金刚石GaN键合：半导体热管理的新机遇！

随着电子设备功率密度的增加，热管理成为了一个日益严峻的挑战。金刚石因其卓越的热导率而备受关注。本文将探讨金刚石与GaN功率器件的键合技术，以及这一结合如何为半导体行业带来革命性的进步。

   热管理需求旺盛，金刚石的机会来了

随着5G通信、电动汽车和高性能计算等领域的快速发展，电子设备的功率密度不断提升，传统的散热材料已难以满足日益增长的散热要求，热管理成为了一个关键技术问题。金刚石，以其无与伦比的热导率和电绝缘特性，为解决这一问题提供了理想的材料选择。

作为自然界中热导率最高的材料，金刚石的热导率高达2200W/m・K，是SiC材料的4倍，Si材料的13倍。这一特性使得金刚石在散热方面具有得天独厚的优势，为半导体行业的热管理提供了新的解决方案。

   GaN功率器件与金刚石的结合

氮化镓（GaN）功率器件因其高效率和高频率特性，在电力电子领域发展迅速。然而，GaN器件在工作时产生的热量若不能有效管理，将严重影响其性能和寿命。金刚石作为衬底材料，可以有效提升GaN器件的热管理能力。关键在于如何实现两者的高效键合。

金刚石与GaN的键合技术主要有以下几种方式：

1. 直接键合

高温高压键合（HPHT）：在这种方法中，金刚石和GaN的表面在高温高压条件下直接接触。通过高温（通常在1000°C以上）和高压（几GPa）的环境，使得两个材料的表面原子之间形成强健的化学键。这种方法要求界面非常清洁，以避免任何污染物影响键合质量。

化学气相沉积（CVD）：利用CVD技术在GaN表面直接生长金刚石薄膜。这种方法可以在较低的温度和压力下进行，但需要精确控制生长条件。

2. 间接键合

使用中间层材料：在金刚石和GaN之间引入一层中间材料，如氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）或其他合适的材料。中间层可以作为缓冲层，减少由于热膨胀系数不匹配引起的应力。键合过程可能包括以下步骤：

• 中间层的沉积：通过CVD、物理气相沉积（PVD）或其他技术。

• 界面处理：确保中间层与金刚石和GaN都有良好的粘附性。

• 热处理：通过加热使中间层与金刚石和GaN之间形成化学键。

3. 激光键合：利用激光束在金刚石和GaN的接触区域产生局部高温，从而实现键合。激光键合可以在局部区域实现高温，而不影响整个材料，减少热损伤。

4. 离子键合：通过离子注入技术在金刚石和GaN表面引入离子，形成共价键或其他类型的化学键。这种方法可以在较低的温度下进行，但可能需要对注入后的表面进行额外的处理。

在所有这些键合方法中，关键挑战包括确保界面质量、减少缺陷、控制热膨胀系数不匹配引起的应力，以及保持材料结构的完整性。这些技术的选择和应用取决于具体的应用需求、成本考虑和可用的加工设备。

   行业先锋：金刚石GaN键合的先行者

目前，许多国内外的公司都在积极投入金刚石与 GaN 键合技术的研究和开发。以下是一些值得关注的企业：

国内企业：化合积电、天津中科晶禾、华为、中科三环、京东方等

国外企业：富士通、三菱电机、住友电气、II-VI Incorporated、Applied Materials、英飞凌等

金刚石GaN键合技术的发展，不仅为半导体热管理带来了新的解决方案，也为整个行业的发展注入了新的活力。随着技术的不断成熟和应用的不断拓展，我们有理由相信，这一技术将在未来发挥更加重要的作用。

   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

——宽禁带半导体及超精密加工论坛&金刚石前沿论坛

第八届国际碳材料大会暨产业展览会（Carbontech 2024），将于12月5-7日在上海新国际展览中心召开。

针对新型半导体（金刚石、氧化镓、氮化镓、碳化硅、AlN……）以及超精密加工（材料、工艺、设备）设置宽禁带半导体及超精密加工论坛、金刚石前沿论坛两大论坛。展会针对金刚石及其功能化应用主题、半导体超精密加工设置10000㎡专题展区，将展示最新金刚石晶圆、量子钻石、热沉金刚石等功能化产品及相关器件，欢迎莅临现场交流、合作。

扫码，立即预报名，了解详情

Carbontech 2024 W1馆部分参展企业：

说明：本文部分素材来自网络公开信息，由作者重新编写，转载请备注来源，本平台发布仅为了传达一种不同视角，不代表对该观点赞同或支持。