金刚石/GaN异质外延与键合技术研究进展OA北大核心CSTPCD

氮化镓(GaN)功率器件具有功率高、小型化的优势,但散热问题已经成为限制其高功率输出的新问题。金刚石具有块体材料最高的热导率,是GaN功率器件的理想散热材料,将金刚石与GaN功率器件集成,可以降低器件运行温度,提高功率密度,推进器件小型化发展。但是由于金刚石与GaN存在大的热膨胀失配和晶格失配,以及金刚石的高硬度和稳定的化学性质,其与GaN集成存在很多问题,无法发挥金刚石的超高热导率优势。针对金刚石与GaN的集成已经进行了研究与探索,主要包括GaN功率器件的器件层散热和衬底层散热。器件层散热主要有金刚石钝化散热技术,其在GaN器件层中异质外延金刚石散热层;衬底层散热主要有键合技术、异质外延技术,其中键合技术通常需要在金刚石和GaN表面沉积键合层或形成封端,包括表面活化键合技术、亲水键合技术、原子扩散键合技术和水解辅助固化键合技术等;异质外延技术通常需要在外延表面沉积缓冲层,包括金刚石异质外延GaN技术和GaN底面异质外延金刚石技术。详细介绍了GaN材料的优势、应用领域及面临的挑战,对上述集成技术的研究现状和优缺点进行了归纳,展望了金刚石与GaN功率器件集成技术的未来发展方向。