Ajouter la vitesse du GaN à la conductivité thermique du diamant

"Les chercheurs réussissent à lier directement le diamant et le GaN à température ambiante et démontrent que la liaison peut résister à des traitements thermiques de 1,000 XNUMX ℃, ce qui la rend idéale pour le processus de fabrication à haute température des dispositifs à base de GaN", selon l'Université de la ville d'Osaka. , maison du projet.

Sans surprise, des tentatives ont déjà été faites pour créer un GaN-sur-diamant, en utilisant une forme de couche de transition ou d'adhérence, mais la couche supplémentaire a interféré avec la conductivité thermique, et "en raison de grandes différences dans leurs structures cristallines et constantes de réseau, la croissance directe du diamant sur GaN et vice versa est impossible », a déclaré l'ingénieur OCU Jianbo Liang.

La liaison directe des tranches à haute température (généralement 500 ℃) était une possibilité, mais le décalage thermique a fissuré le résultat lié.

La réponse était le « collage activé par la surface » (SAB) : nettoyer et activer de manière atomique les surfaces afin qu'elles réagissent lorsqu'elles sont mises en contact les unes avec les autres.

« Comme les propriétés chimiques du GaN sont complètement différentes des matériaux que l'équipe de recherche a utilisés dans le passé, après avoir utilisé SAB pour créer le matériau GaN-sur-diamant, ils ont utilisé diverses techniques pour tester la stabilité du site de liaison. » dit OCU.

Ils ont utilisé la spectroscopie Raman, la microscopie électronique à transmission et la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie pour évaluer la structure et le comportement atomique du GaN-diamant ; spectroscopie de perte d'énergie des électrons pour révéler comment les atomes de carbone se liaient, puis a testé la stabilité du joint à 700℃ dans l'azote, comme cela est requis lors de la fabrication de dispositifs d'alimentation GaN.

Les résultats ont montré qu'une couche d'environ 5 nm d'épaisseur de carbone amorphe et de diamant mélangés s'est formée, parsemée d'atomes de gallium et d'azote diffusés. Il y avait une certaine contrainte de compression résiduelle, mais inférieure à celle qui restait après la croissance cristalline de GaN sur le diamant.

Au fur et à mesure que les températures de recuit augmentaient, la couche s'amincit à mesure que le carbone amorphe se transformait en diamant.

Après un recuit à 1,000 1.5 ℃, la couche a diminué à XNUMX nm, "ce qui suggère que la couche intermédiaire peut être complètement éliminée en optimisant le processus de recuit", a déclaré le professeur Naoteru Shigekawa, collègue ingénieur.

"Comme aucun pelage n'a été observé à l'hétérointerface après recuit à 1000 ℃", a déclaré Liang, "ces résultats indiquent que l'interface GaN-diamant peut résister à des processus de fabrication difficiles."

Le travail est présenté dans Advanced Materials sous le nom de « Fabrication d'une hétérointerface GaN/diamant et d'un état de liaison chimique interfaciale pour une conception de dispositif hautement efficace ».

L'université de la ville d'Osaka a travaillé avec l'université de Tohoku, l'université de Saga et Adamant Namiki Precision Jewel.