近日，大阪市立大學(xué)（Osaka City University）、東北大學(xué)、Air Water通過(guò)對(duì)金剛石鍵合的氮化鎵（GaN）進(jìn)行熱處理，成功制造出晶體管，并進(jìn)行散熱，宣布顯示了性能的提高。

       該成果由大阪市立大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科的梁劍波副教授和重川直樹(shù)教授、東北大學(xué)材料研究所的大野弘教授、永井康介教授和材料與材料研究機(jī)構(gòu)共同完成。Yasuo Shimizu 博士（研究時(shí)）和 Air Water 的 Keisuke Kawamura 博士的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)。詳細(xì)信息發(fā)表在有關(guān)應(yīng)用物理學(xué)的學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用物理快報(bào)》上。

       與傳統(tǒng)的 Si 晶體管相比，GaN 晶體管可以在更高的輸出和更高的頻率下工作，因此需要開(kāi)發(fā)更有效的散熱方法以防止晶體管劣化和器件壽命縮短。作為一種方法，正在進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，目的是實(shí)現(xiàn)使用金剛石作為散熱材料的“金剛石上氮化鎵”結(jié)構(gòu)。但是，大部分的研究和開(kāi)發(fā)都是“器件優(yōu)先”，其中晶體管在制造后與金剛石結(jié)合，因此難以增加面積。

       在這種情況下，研究團(tuán)隊(duì)在 2021 年 9 月報(bào)告稱，他們成功地直接鍵合了 GaN 和金剛石，并證實(shí)通過(guò)高達(dá) 1000°C 的熱處理保持鍵合。然而，當(dāng)時(shí)還不能用與金剛石鍵合的 GaN 層來(lái)制造晶體管，并不能證明改善散熱的效果。

       因此，本研究將沉積在Si襯底上的8μm厚的GaN層/碳化硅（3C-SiC）緩沖層（1μm厚）與Si襯底分離，通過(guò)表面活化鍵合的方法與金剛石鍵合。挑戰(zhàn)。采用“先鍵合”方法制造 GaN 晶體管，該方法包括鍵合后在 800°C 的熱處理，并使用高質(zhì)量的 SiC 層，即使在晶體管制造后也不會(huì)發(fā)生薄膜剝離。證實(shí)了良好的鍵合可以實(shí)現(xiàn)。

       此外，為了比較特性，與在 Si 基板上制造的相同形狀的 GaN 晶體管進(jìn)行比較時(shí)，在金剛石結(jié)中施加相同功率時(shí)的溫升降低到約 1/3，并且散熱。表明特性得到改善，這反過(guò)來(lái)又改善了晶體管特性。

       研究團(tuán)隊(duì)解釋說(shuō)，這種方法可以增加金剛石上GaN的面積，預(yù)計(jì)使用范圍將擴(kuò)大到雷達(dá)和逆變器等高輸出和大功率應(yīng)用。