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破解电子器件“过热”难题?金刚石热沉片大显神威!

发表时间:2022-06-25 08:00作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

随着电子技术快速发展,半导体材料不断更新换代的同时,集成电路也向着大规模、高集成、大功率方向不断深入。据统计,有超过55%的电子设备失效形式都是温度过高引起的。如果不能及时将热量疏导出去,就会导致元器件因局部温度过高(即通常所说的热点),而性能降低甚至被烧坏。因此,为保证电子设备工作的可靠性和稳定性,发展新型高效的散热技术成为迫切需求。


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目前用到最多硅晶圆热导率只有150W/mk,在高性能的面前,无能无力,这也是目前科学家们将目标放到金刚石上的原因之一。金刚石是目前自然界具有最高热导率的衬底材料(Si、SiC和金刚石的导热率分别为150,390和1000~2000W·m-1·K-1),有望在一个“高热”器件中实现近乎完美的热耗散,因此得到广泛关注。


作为一种宽禁带半导体材料,金刚石可以用来制备功率器件、光电器件、金刚石基探测器和传感器、微机电和纳机电器件、半导体金刚石异质结等。而金刚石的传热机制是通过晶格振动传热,碳原子产生振动的量子能量较大,因此金刚石是自然界中热导率最高的物质,在散热领域具有巨大的应用潜力。作为衬底材料,金刚石可以以数百纳米的尺寸沉积在GaN信道内,使晶体管设备在工作时能够有效散热。



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用高热导率的金刚石作为衬底材料,有效解决散热的优势明显



金刚石(PCD、SCD)材料较SiC和Si等常用衬底具有更高的热导能力。金刚石衬底可有效解决困扰GaN功率器件性能提升的散热问题,并可在相同尺寸下制造具有更大功率密度的GaN基功率器件。


目前,多晶金刚石的尺寸不再局限为单个器件或小型阵列,阵列尺寸可扩展至几厘米。被广泛应用于各种器件之中。当用于相控阵芯片时,可显著提高系统的可靠性并减小系统的尺寸和成本;用于固态功率放大器时,可显著减小器件的尺寸、成本和质量并提升效率;用于宽带通信时,可在减小芯片尺寸成本的同时提升可靠性等。


超高热导率金刚石是电子器件散热的理想材料,化合积电金刚石热沉片热导率已达1000-2000W/m.k,晶圆级金刚石Ra<1nm,达到半导体级应用标准。采用化合积电金刚石热沉的大功率半导体激光器已经用于光通信,在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也都有应用。更有GaN on diamond 、Diamond on GaN、金刚石基氮化铝等产品,为您提供最全金刚石热管理解决方案。


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