2024-06-20
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氮化鎵(GaN)功率器件中千伏特擊穿電壓的演示，長期以來一直激勵著電力電子和其他應用的優(yōu)化。這是由于電力系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換效率的潛力大大提高。GaN器件可分為橫向和縱向器件結構，在橫向器件中，電場在器件中橫向排列，并被限制在氮化鎵內(nèi)部，但靠近表面在垂直器件中，電場均勻地分布在GaN內(nèi)。因此，垂直器件可以在不增加芯片尺寸的情況下提高擊穿電壓。
文字導讀：在這兩種幾何結構中實現(xiàn)GaN的全部潛力的一個主要障礙是器件工作溫度。在工作條件下，GaN功率器件的溫度可以超過300°C，這降低了電子遷移率，從而降低了器件效率。為了降低橫向裝置的工作溫度，已經(jīng)使用了吸熱基材和涂層，以及主動液體冷卻方法。然而，這個問題在垂直幾何中變得更加復雜，因為熱量不是在接近表面的地方產(chǎn)生的，而是在材料的主體中產(chǎn)生的。
桑迪亞國家實驗室的Piontkowski、Luke Yates團隊針對金剛石與氮化鎵(GaN)電子器件熱管理的優(yōu)化改進取得最新進展。這兩種材料的集成是通過Ti/Au的金屬間鍵合層，通過室溫壓縮鍵合厘米級GaN和金剛石模具實現(xiàn)的。團隊使用了一種改進的表面活化鍵合(SAB)方法，在超高真空(UHV)條件下，在同一工具內(nèi)立即進行Ar快速原子轟擊，然后進行鍵合。
使用透射電子顯微鏡(TEM)和共聚焦聲掃描顯微鏡(C-SAM)成像埋藏界面與總鍵合面積。空間分辨頻域熱反射(FDTR)揭示鍵的熱輸運質(zhì)量高，熱邊界導率超過100 MW/m2·K。良好鍵合區(qū)域GaN壓應力低，低于80 MPa。此研究提出一種在垂直GaN器件中維持低應力與高熱邊界導率的新熱管理方法，成果已發(fā)表于《ACS Applied Materials&Materials》。
圖片導讀：
圖1. GaN/金剛石器件結構與合成。
圖2. 電子顯微鏡示意圖。
圖3. 頻域熱反射率。
圖4. 拉曼光譜應力分析。
圖5. 局部熱-機械分布圖:(a)拉曼圖轉(zhuǎn)換為應力，18 kHz FDTR圖用于熱部分。
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