在当今的电子设备领域，，，高功率、、、高频的半导体器件如GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）正变得越来越重要。。。。它们被广泛应用于雷达系统、、、卫星通信、、、、5G基站、、、可再生能源、、、、电动汽车等领域。。。然而，，，随着设备功率密度的不断提高，，散热问题成为了制约其性能和可靠性的关键瓶颈。。。。GaN HEMT器件在运行过程中会产生局部热流密度，，，这些热流密度可能比太阳表面还要高一个数量级，，，，这不仅会降低设备的性能，，还会缩短其使用寿命。。因此，，，如何有效散热成为了亟待解决的问题。。。。
金刚石作为一种天然材料，，拥有最高的热导率，，被认为是理想的散热基底材料。。。然而，，将金刚石与半导体材料进行有效集成一直是一个巨大的挑战。。。目前，，，主要有两种方法：金刚石沉积和金刚石键合。。金刚石沉积方法虽然能够成功制备出4英寸的GaN-on-Diamond晶圆，，但由于在SiN介质层上沉积的金刚石晶体质量较低，，，，导致其热导率受限。。而金刚石键合方法则提供了更大的灵活性，，可以通过优化界面特性来降低热边界电阻。。。
本文的核心内容是关于如何将多晶金刚石（PCD）与3C-SiC直接集成，，，以增强GaN HEMT的热管理能力。。研究团队通过一种先进的键合技术，，成功地将 PCD与3C-SiC在室温下直接键合，，，，并在2英寸的PCD晶圆上实现了GaN HEMT的集成。。这一成果不仅克服了PCD表面粗糙度高的难题（表面粗糙度为2.48 nm），，，还通过退火处理将界面处的非晶层转化为多晶SiC层，，，，且在这一过程中没有出现裂纹或分离现象。。。。
如图所示，，，详细描述了AlGaN/GaN/3C-SiC层的转移过程以及在2英寸PCD晶圆上GaN HEMT的制备步骤。。
在实验过程中，，研究人员首先在6英寸的 Czochralski（Cz）-Si（111）晶圆上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长了HEMT异质结构，，，包括 AlGaN/GaN/3C-SiC等多层结构。。随后，，，，通过化学机械抛光和氟酸刻蚀等步骤，，将3C-SiC层与PCD晶圆进行键合。。键合过程中，，使用了表面活化键合（SAB）方法，，，，并通过氩快原子束（FAB）对PCD和3C-SiC的生长表面进行同时辐照，，以实现高质量的键合。。
研究结果显示，，，，PCD的生长表面热导率高于单晶金刚石（SCD），，，但在GaN HEMT上，，PCD的热阻（RTH）却比SCD高出27%。。。这一现象归因于 PCD 核化表面上较小的晶粒尺寸导致的声子散射。。通过去除细晶粒核化层，，可以显著增强散热效果。。。此外，，通过透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线光谱（EDS）分析，，，研究人员发现，，，，在1100°C退火后，，，界面处形成了约13 nm厚的多晶SiC层，，，，且界面结构完整，，，，没有出现裂纹或分离现象。。。。
该研究成功地实现了PCD与3C-SiC的直接键合，，，这一成果不仅解决了PCD表面粗糙度高的问题，，还为高功率电子设备的散热提供了一种新的解决方案。。。通过优化晶粒尺寸和界面工程，，可以进一步降低声子散射，，，，提高热传输效率，，，，从而充分发挥PCD在下一代高功率电子设备中的散热优势。。。
三耳重工专注于金刚石热管理材料解决方案，，为广大客户提供全面的金刚石热管理材料，，，包括金刚石热沉片、、、金刚石晶圆衬底、、金刚石光学窗口、、、、金刚石复合材料等，，，，欢迎进行详洽。。
