Adicione a velocidade do GaN à condutividade térmica do diamante

“Os pesquisadores tiveram sucesso na ligação direta de diamante e GaN em temperatura ambiente e demonstraram que a ligação pode resistir a tratamentos térmicos de 1,000 ℃, tornando-a ideal para o processo de fabricação em alta temperatura de dispositivos baseados em GaN”, de acordo com a Osaka City University , casa do projeto.

Sem surpresa, já foram feitas tentativas de criar um GaN-no-diamante, usando alguma forma de camada de transição ou adesão, mas a camada adicional interferiu com a condutividade térmica, e "devido a grandes diferenças em suas estruturas cristalinas e constantes de rede, crescimento direto do diamante no GaN e vice-versa é impossível ”, disse o engenheiro da OCU Jianbo Liang.

A ligação direta de wafer em alta temperatura (normalmente 500 ℃) era uma possibilidade, mas a incompatibilidade térmica rachou o resultado da ligação.

A resposta foi 'ligação ativada por superfície' (SAB): limpar atomicamente e ativar as superfícies para que reajam quando colocadas em contato umas com as outras.

“Como as propriedades químicas do GaN são completamente diferentes dos materiais que a equipe de pesquisa usou no passado, depois de usarem o SAB para criar o material GaN sobre diamante, eles usaram uma variedade de técnicas para testar a estabilidade do local de ligação,” disse OCU.

Eles usaram espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X para avaliar a estrutura e o comportamento atômico do GaN-diamante; espectroscopia de perda de energia de elétrons para revelar como os átomos de carbono estavam se ligando e, em seguida, testou a estabilidade da junta a 700 ℃ em nitrogênio, pois isso é necessário para fazer dispositivos de energia GaN.

Os resultados mostraram que uma camada de ~ 5 nm de espessura de carbono amorfo misturado e diamante se formou, salpicada com átomos de gálio e nitrogênio difusos. Havia alguma tensão residual de compressão, mas menos do que a restante após o crescimento do cristal de GaN no diamante.

À medida que as temperaturas de recozimento aumentaram, a camada ficou mais fina à medida que o carbono amorfo se transformou em diamante.

Após o recozimento a 1,000 ℃, a camada diminuiu para 1.5 nm, "sugerindo que a camada intermediária pode ser completamente removida otimizando o processo de recozimento", disse o colega engenheiro, Professor Naoteru Shigekawa.

"Como nenhum descascamento foi observado na heterointerface após o recozimento a 1000 ℃", disse Liang, "esses resultados indicam que a interface GaN-diamante pode suportar processos de fabricação severos."

O trabalho é relatado em Materiais Avançados como 'Fabricação de heterointerface de GaN / diamante e estado de ligação química interfacial para projeto de dispositivo altamente eficiente'.

A Osaka City University trabalhou com a Tohoku University, Saga University e Adamant Namiki Precision Jewel.