Addiere die Geschwindigkeit von GaN zur Wärmeleitfähigkeit von Diamant

„Den Forschern gelingt die direkte Verbindung von Diamant und GaN bei Raumtemperatur und demonstrieren, dass die Verbindung Wärmebehandlungen von 1,000 ℃ standhält, was sie ideal für den Hochtemperatur-Herstellungsprozess von GaN-basierten Geräten macht“, so die Osaka City University , Heimat des Projekts.

Es überrascht nicht, dass bereits Versuche unternommen wurden, eine GaN-auf-Diamant-Schicht unter Verwendung einer Übergangs- oder Haftschicht zu erzeugen, aber die zusätzliche Schicht störte die Wärmeleitfähigkeit und „aufgrund großer Unterschiede in ihren Kristallstrukturen und Gitterkonstanten, direktes Diamantwachstum“ auf GaN und umgekehrt ist unmöglich“, sagte OCU-Ingenieur Jianbo Liang.

Direktes Waferbonden bei hoher Temperatur (typischerweise 500 ℃) war eine Möglichkeit, aber eine thermische Fehlanpassung führte zu einem Bruch des Bonding-Ergebnisses.

Die Antwort lautete „Surface Activated Bonding“ (SAB): atomare Reinigung und Aktivierung der Oberflächen, sodass sie bei Kontakt miteinander reagieren.

„Da sich die chemischen Eigenschaften von GaN völlig von den Materialien unterscheiden, die das Forschungsteam in der Vergangenheit verwendet hat, haben sie, nachdem sie SAB zur Herstellung des GaN-auf-Diamant-Materials verwendet hatten, verschiedene Techniken verwendet, um die Stabilität der Bindungsstelle zu testen.“ sagte OCU.

Sie verwendeten Raman-Spektroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie, um die Struktur und das atomare Verhalten des GaN-Diamanten zu untersuchen; Elektronenenergieverlustspektroskopie, um die Bindung der Kohlenstoffatome aufzudecken, und dann die Stabilität der Verbindung bei 700 ℃ in Stickstoff getestet, wie dies bei der Herstellung von GaN-Leistungsbauelementen erforderlich ist.

Die Ergebnisse zeigten, dass sich eine ~5 nm dicke Schicht aus gemischtem amorphem Kohlenstoff und Diamant bildete, die mit diffundierten Gallium- und Stickstoffatomen durchsetzt war. Es gab eine gewisse Restdruckspannung, aber weniger als nach Kristallwachstum von GaN auf Diamant.

Als die Glühtemperaturen erhöht wurden, wurde die Schicht dünner, da amorpher Kohlenstoff zu Diamant wurde.

Nach dem Glühen bei 1,000 ℃ verringerte sich die Schicht auf 1.5 nm, „was darauf hindeutet, dass die Zwischenschicht durch Optimierung des Glühprozesses vollständig entfernt werden kann“, sagte Professor Naoteru Shigekawa.

„Da nach dem Tempern bei 1000℃ kein Ablösen an der Heterogrenzfläche beobachtet wurde“, sagte Liang, „zeigen diese Ergebnisse, dass die GaN-Diamant-Grenzfläche rauen Herstellungsprozessen standhalten kann.“

Die Arbeit wird in Advanced Materials als 'Fabrication of GaN/diamond heterointerface and interfacialchemical bond state for high efficiency device design' beschrieben.

Die Osaka City University arbeitete mit der Tohoku University, der Saga University und Adamant Namiki Precision Jewel zusammen.