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曜世小課堂28期——金剛石與半導(dǎo)體的鍵合直連
曜世小課堂28期——金剛石與半導(dǎo)體的鍵合直連
曜世小課堂28期——金剛石與半導(dǎo)體的鍵合直連 2023-12-05

近年來(lái),隨著電子器件的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)材料的熱導(dǎo)率已經(jīng)無(wú)法滿足高功率密度芯片的散熱需求,為有效清除器件運(yùn)行產(chǎn)生的熱量,保證系統(tǒng)的持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行,新型高熱導(dǎo)率材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用成為當(dāng)下的熱點(diǎn)。

金剛石是一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的散熱材料,熱導(dǎo)率高達(dá)2000W/ (m·k),而Si熱導(dǎo)率為150W/ (m·k),Cu的熱導(dǎo)率為380W/ (m·k),這意味著金剛石材料能更有效的傳遞熱量,提高集成電路的運(yùn)行效率和壽命。除此之外,金剛石相較于半導(dǎo)體材料Si(≈0.3 MV/ cm)、SiC(≈3 MV/ cm)、GaN(≈10 MV/ cm)具更高的擊穿電壓(10 MV/ cm ),代表著極高的的電絕緣性,利于器件的微型化。

因此,將金剛石片或者膜作為熱沉,提高半導(dǎo)體器件的散熱能力,已成當(dāng)下被廣泛認(rèn)可的散熱處理方案,基于金剛石高效的散熱能力,降低了在高功率運(yùn)作下產(chǎn)生的熱應(yīng)力,保證材料能夠在更高的功率下運(yùn)行不會(huì)過(guò)熱。但由于金剛石襯底與半導(dǎo)體器件之間因熱膨脹造成的晶格失配以及高壓大幅度降低了材料的成品率,而想要實(shí)現(xiàn)金剛石在半導(dǎo)體領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用,首先要解決的是金剛石與半導(dǎo)體連接的問(wèn)題。

金剛石與半導(dǎo)體的鍵合直連,可以充分發(fā)揮金剛石超高熱導(dǎo)率的特性,然而這對(duì)于金剛石表面的平整度以及粗糙度有著更高的要求,通常表面粗糙度達(dá)到Ra<1 nm。受限于金剛石的合成機(jī)理,金剛石表面的粗糙程度往往會(huì)增大到幾十微米,因此要求必須采用更為精細(xì)的加工方式,降低金剛石表面的粗糙程度至納米級(jí)別,提高面型精度達(dá)到鍵合要求。

曜世新材料以MPCVD技術(shù)為核心,長(zhǎng)期致力于高品質(zhì)金剛石材料及相關(guān)裝備的研發(fā)與制造,擁有先進(jìn)的MPCVD設(shè)備,激光加工設(shè)備以及精密拋光設(shè)備。針對(duì)金剛石的表面拋光,我司采用機(jī)械拋光的方式,保證高效率、高精度、低損傷的同時(shí),能夠做到將金剛石的生長(zhǎng)表面粗糙度處理至納米級(jí)別,大幅度降低表面的粗糙值(Ra< 0.5 nm)且具備極高的面型精度,擴(kuò)大了接觸面積,極大提高直接鍵合工藝的良品率和可靠性。

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