采用金刚石热沉，从GaN Hemt带走热量！

金刚石基 GaN HEMT 的先驱之一是 Akash Systems。这家位于美国加州旧金山的公司致力于开发小型卫星、卫星发射机、以及为前者给予运行支持的 RF 功率放大器。该公司负责材料的副总裁 Daniel Francis 代表Akash 发表了讲话，他以“金刚石是卫星的最佳拍档”作为开场白。他认为，增添一个金刚石基底可使功率密度增加三倍，并大幅降低工作温度。他援引了美国空军研究实验室所做的工作，指出：与硅基 GaN 和 SiC 基 GaN 器件相比，增加一个金刚石层可使通道温度下降 40% 至 50%。这种降幅具有重要的意义。需注意的是，太阳光可以将卫星温度推高至 180℃，而辐射是散热的唯一选择，因此尽可能多地从器件中提取出热量是至关重要的。

Akash 采用 4 英寸晶圆来生产其金刚石基 GaN 器件。Francis 说 ：“如果不是完整的晶圆片，那就不是生产。”他概要描述了三种用于形成金刚石基 GaN 结构的可能选项。一种是直接在金刚石上生长 GaN 层，但是这需要使用中间层，而金刚石衬底相对较小的尺寸无法为其给予安置空间。另一种选项是键合，但是需要使用“粘接剂”将 GaN 与金刚石粘合起来。非晶态 SiC 是一种受欢迎的选择，但是它的导热系数仅为 1 W m-1 K-1，因而有损于金刚石层所具备的优势。

第三种方法（Akash 热衷采用）是在基于GaN 的外延结构上生长金刚石。这家美国西海岸公司的工程师们从具有 SiN 过渡层的硅基 GaN 外延片入手，该过渡层的厚度 < 35nm，导热系数约10 W m-1 K-1，并给予了一个良好的介质分界面。器件的制造包括将外延层与硅衬底分离。在改善生产方面所做的努力实现了一致性的提升，这与去除 AlGaN 缓冲层、更好地控制粘附层的厚度（现被控制在 5 nm 以内）、以及将晶圆翘曲度减低至 < 20 μm 是相关联的。

工程师们期望的金刚石层目标厚度是125μm。为了确保这一目标的实现，他们沉积了更多的材料，并随后运用一道抛光工序，以将金刚石减薄至所需的厚度。

Francis 指出，当金刚石的生长开始时，会产生具有低导热系数的纳米晶体。但是，随着生长的继续，颗粒变大，从而提高了导热系数。在加工晶圆上进行的电容 - 电压测量显示一个“低且平坦的电容”。这归因于低的界面充电。相比于硅基 GaN，出现的情况与 SiC 基 GaN 的类似程度要高得多。

对最新多指型器件（multi-finger devices）所做的研究结果显示，功率附加效率在 60% 左右。据 Francis 称，这个数值可与工作频率为 10 GHz 的标准器件相媲美。

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