Voeg de snelheid van GaN toe aan de thermische geleidbaarheid van diamant

"De onderzoekers slagen erin om diamant en GaN bij kamertemperatuur direct te binden en tonen aan dat de binding bestand is tegen warmtebehandelingen van 1,000 ℃, waardoor het ideaal is voor het fabricageproces op hoge temperatuur van op GaN gebaseerde apparaten", aldus de Osaka City University , huis van het project.

Het is niet verwonderlijk dat er al pogingen zijn ondernomen om een ​​GaN-op-diamant te creëren, met behulp van een of andere vorm van overgangs- of adhesielaag, maar de extra laag interfereerde met de thermische geleidbaarheid en "door grote verschillen in hun kristalstructuren en roosterconstanten, directe diamantgroei op GaN en vice versa is onmogelijk”, zegt OCU-ingenieur Jianbo Liang.

Directe waferbinding bij hoge temperatuur (meestal 500 ) was een mogelijkheid, maar thermische mismatch zorgde voor een scheur in het gebonden resultaat.

Het antwoord was 'surface-activated bonding' (SAB): atomaire reiniging en activering van de oppervlakken zodat ze reageren als ze met elkaar in contact komen.

"Omdat de chemische eigenschappen van GaN totaal verschillen van die van materialen die het onderzoeksteam in het verleden heeft gebruikt, hebben ze, nadat ze SAB gebruikten om het GaN-op-diamantmateriaal te maken, een verscheidenheid aan technieken gebruikt om de stabiliteit van de bindingsplaats te testen," zei OCU.

Ze gebruikten Raman-spectroscopie, transmissie-elektronenmicroscopie en energiedispersieve röntgenspectroscopie om de structuur en het atomaire gedrag van de GaN-diamant te beoordelen; elektronenenergieverliesspectroscopie om te onthullen hoe de koolstofatomen aan elkaar bonden, en testte vervolgens de stabiliteit van het gewricht bij 700 ℃ in stikstof, zoals dat nodig is bij het maken van GaN-vermogensapparaten.

De resultaten toonden aan dat zich een ~ 5 nm dikke laag van gemengde amorfe koolstof en diamant vormde, doorspekt met diffuse gallium- en stikstofatomen. Er was wat resterende drukspanning, maar minder dan die overbleef na kristalgroei van GaN op diamant.

Naarmate de uitgloeitemperaturen werden verhoogd, werd de laag dunner omdat amorfe koolstof in diamant veranderde.

Na uitgloeien bij 1,000℃ nam de laag af tot 1.5 nm, "wat suggereert dat de tussenlaag volledig kan worden verwijderd door het uitgloeiproces te optimaliseren", zei collega-ingenieur professor Naoteru Shigekawa.

"Aangezien er geen peeling werd waargenomen bij de hetero-interface na uitgloeien bij 1000 ℃", zei Liang, "geven deze resultaten aan dat de GaN-diamant-interface bestand is tegen ruwe fabricageprocessen."

Het werk wordt gerapporteerd in Advanced Materials als 'Fabrication of GaN/diamond hetero-interface en grensvlakchemische bindingstoestand voor zeer efficiënt apparaatontwerp'.

Osaka City University werkte samen met Tohoku University, Saga University en Adamant Namiki Precision Jewel.