Cộng tốc độ GaN vào độ dẫn nhiệt của kim cương

“Các nhà nghiên cứu thành công trong việc liên kết trực tiếp giữa kim cương và GaN ở nhiệt độ phòng, và chứng minh rằng liên kết có thể chịu được xử lý nhiệt 1,000 ℃, lý tưởng cho quá trình chế tạo ở nhiệt độ cao của các thiết bị dựa trên GaN,” theo Đại học Thành phố Osaka , nhà của dự án.

Thật đáng ngạc nhiên, những nỗ lực đã được thực hiện để tạo ra một GaN-trên kim cương, sử dụng một số dạng chuyển tiếp hoặc lớp kết dính, nhưng lớp bổ sung đã can thiệp vào tính dẫn nhiệt và “do sự khác biệt lớn trong cấu trúc tinh thể và hằng số mạng của chúng, kim cương tăng trưởng trực tiếp trên GaN và ngược lại là không thể ”, kỹ sư Jianbo Liang của OCU cho biết.

Khả năng có thể liên kết wafer trực tiếp ở nhiệt độ cao (thường là 500 ℃), nhưng sự không phù hợp nhiệt đã phá vỡ kết quả liên kết.

Câu trả lời là 'liên kết kích hoạt bề mặt' (SAB): làm sạch và kích hoạt nguyên tử các bề mặt để chúng phản ứng khi tiếp xúc với nhau.

"Vì các tính chất hóa học của GaN hoàn toàn khác với các vật liệu mà nhóm nghiên cứu đã sử dụng trước đây, sau khi họ sử dụng SAB để tạo ra vật liệu GaN trên kim cương, họ đã sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để kiểm tra độ ổn định của vị trí liên kết," OCU cho biết.

Họ sử dụng quang phổ Raman, kính hiển vi điện tử truyền qua và quang phổ tia X phân tán năng lượng để đánh giá cấu trúc và đặc tính nguyên tử của kim cương GaN; quang phổ tổn thất năng lượng điện tử để tiết lộ cách các nguyên tử cacbon liên kết, và sau đó kiểm tra độ ổn định của mối nối ở nhiệt độ 700 ℃ trong nitơ, điều này được yêu cầu khi chế tạo thiết bị điện GaN.

Kết quả cho thấy rằng một lớp hỗn hợp cacbon và kim cương vô định hình dày ~ 5nm được hình thành, rải rác với các nguyên tử nitơ và gali khuếch tán. Có một số ứng suất nén dư, nhưng ít hơn ứng suất còn lại sau khi tinh thể GaN phát triển trên kim cương.

Khi nhiệt độ ủ tăng lên, lớp mỏng hơn do carbon vô định hình chuyển thành kim cương.

Sau khi ủ ở 1,000 ℃, lớp này giảm xuống còn 1.5nm, “gợi ý rằng lớp trung gian có thể được loại bỏ hoàn toàn bằng cách tối ưu hóa quy trình ủ”, giáo sư Naoteru Shigekawa, kỹ sư đồng nghiệp cho biết.

Liang cho biết: “Vì không có hiện tượng bong tróc nào ở bề mặt dị vật sau khi ủ ở 1000 ℃,“ những kết quả này chỉ ra rằng giao diện GaN-kim cương có thể chịu được các quy trình chế tạo khắc nghiệt. ”

Công trình được báo cáo trong Vật liệu nâng cao là 'Chế tạo dị vật GaN / kim cương và trạng thái liên kết hóa học giao diện để thiết kế thiết bị hiệu quả cao'.

Đại học Thành phố Osaka đã làm việc với Đại học Tohoku, Đại học Saga và Adamant Namiki Precision Jewel.