美国采用新型键合技术改进氮化镓器件的散热性能

据佐治亚里工学院网站3月16日报道，在美国海军研究办公室（ONR）的资助下，佐治亚理工学院采用一种表面活化键合方法，成功在室温下将氮化镓（GaN）与金刚石集成在一起。研究人员第一时间在高真空环境中使用离子源清洁氮化镓和金刚石的表面，然后顺利获得形成悬空键来活化表面。在离子束中加入少量硅，有助于在室温下形成牢固的原子键，使氮化镓和单晶金刚石直接结合，从而制造出高电子迁移率晶体管（HEMTs）。顺利获得该方法，从氮化镓到单晶金刚石的界面层只有4纳米厚，散热效率比现有的金刚石衬底氮化镓HEMTs高2倍，未来有望用于无线发射机、雷达、卫星设备以及其他大功率和高频电子设备制造。

氮化镓与金刚石之间的界面层

现在，金刚石与氮化镓的结合通常采用晶体生长技术，这种技术会产生较厚的界面层，且界面附近会形成低质量的纳米金刚石。采用表面活化键合技术能够将器件的热应力从900兆帕降至100兆帕以下，有助于实现厚层金刚石与氮化镓的集成。除了氮化镓和金刚石以外，该技术还可用于其他半导体（如氧化镓）以及其他导热体（如碳化硅）材料。

采用表面活化键合技术并经过抛光后的GaN-SiC样品

研究人员表示，采用新方法能够将高导热材料放置在离氮化镓活化区更近的地方，从而尽可能提高金刚石系统上氮化镓的性能。此外，该方法能够帮助工程师定制设计半导体材料，以更好地实现多功能操作。未来，研究人员将研究采用其他离子源，并评估其他可以集成的材料。