技术进展|突破性研究:GaN-on-Diamond键合界面热阻显著降低

日期:2024-05-06 来源:半导体产业网阅读:521
核心提示:近日,在半导体热管理技术领域,研究者们实现了一项具有里程碑意义的突破。来自天津中科晶禾和日本东京大学的科学家通过创新的表面活化键合技术,成功降低了氮化镓(GaN)与金刚石之间的室温键合界面电阻(TBR),为电子设备的高效散热开辟了新的道路。相关结果公布在著名预印版论文平台arXiv上。

 近日,在半导体热管理技术领域,研究者们实现了一项具有里程碑意义的突破。来自天津中科晶禾和日本东京大学的科学家通过创新的表面活化键合技术,成功降低了氮化镓(GaN)与金刚石之间的室温键合界面电阻(TBR),为电子设备的高效散热开辟了新的道路。相关结果公布在著名预印版论文平台arXiv上。

  

长期以来,半导体金刚石结构中的TBR一直是制约电子设备性能提升的瓶颈。为了克服这一难题,研究团队采用了混合SiOx-Ar离子源的表面活化键合技术,该技术在GaN和金刚石之间形成一个超薄且稳定的界面层,而且氧化物界面层将提供更好的界面绝缘性能,有助于高频的射频器件应用。

通过细致的实验调整,研究人员在界面层厚度为2.5 nm时实现了创纪录的低TBR值,仅为8.3 m²·K/GW。这一成果不仅显著提升了GaN-on-Diamond结构的热传导效率,也为未来高性能电子设备的散热设计提供了新的可能性。

值得注意的是,界面层的厚度对TBR具有极大的影响。当界面层厚度加倍至5.3 nm时,TBR迅速增加到34 m²·K/GW。研究人员通过理论分析揭示了这一现象的原因:金刚石/SiOx互扩散层扩展了振动频率,导致晶格振动不匹配增加,进而抑制了声子的传输。

这项研究不仅展示了表面活化键合技术的巨大潜力,也为未来半导体热管理技术的研究提供了新的方向。随着电子设备的性能不断提升,对散热性能的要求也越来越高。通过降低TBR,可以显著提高电子设备的散热效率,从而保障其稳定运行和延长使用寿命。

天津中科晶禾和日本东京大学的的这项联合研究成果已经引起了业界的广泛关注。未来,随着技术的不断发展和完善,我们有理由相信半导体热管理技术将迎来更加广阔的应用前景。

 

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