Berbicara tentang berlian, saya rasa banyak orang dalam hidup ini belum familiar dengannya. Editor belum terjun ke industri ini, dan pemahaman saya tentang berlian terbatas pada strukturnya yang sempurna (PS: editor adalah seorang profesional di bidang material keramik fluoresen)....Sebaiknya kita ganti saja kata "berlian", yang sudah sangat melekat di hati orang-orang, BlingBling, penuh godaan.

Tipuan berusia seabad "berlian itu abadi" telah mengubur bakat para pemilik berlian dan membuat mereka terlalu terampil. Anda mengira dia orang kaya, tetapi sebenarnya dia adalah seorang raja.Volume penggunaan berlian di bidang industri jauh lebih besar daripada di bidang perhiasan.Terutama di bidang-bidang yang membutuhkan presisi tinggi di masa depan, material berlian memiliki potensi yang besar.

Di era pasca-Moore, pengembangan elektronik berbasis karbon telah mendapat perhatian luas. Di bidang nanoelektronik, kemajuan signifikan telah dicapai dalam penelitian nanoelektronik berbasis karbon, terutama tabung nano karbon satu dimensi dan grafena dua dimensi.Di bidang elektronika daya, penelitian tentang elektronika daya berlian, yang dikenal sebagai teknologi yang mengakhiri era semikonduktor, juga menunjukkan vitalitas yang besar, memperlihatkan potensinya untuk menjadi generasi elektronika daya berikutnya.

Ada alasan mengapa semikonduktor berlian dipuji sebagai semikonduktor terbaik oleh industri. Fokus penelitian utama saat ini didasarkan pada sifat-sifat berlian itu sendiri.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Berlian adalah material semikonduktor celah pita ultra lebar dengan lebar celah pita 5.5 eV, yang lebih besar daripada material semikonduktor celah pita lebar seperti GaN dan SiC. Seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah ini, lebar celah pita berlian adalah 5 kali lipat dari Si; mobilitas pembawa muatan juga 3 kali lipat dari material Si. Secara teoritis, mobilitas pembawa muatan berlian lebih dari 2 kali lebih tinggi daripada material semikonduktor celah pita lebar yang ada (GaN, SiC). Pada saat yang sama, berlian memiliki konsentrasi pembawa muatan intrinsik yang sangat rendah pada suhu kamar. Selain itu, selain kekerasan tertinggi, berlian juga memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara material semikonduktor, yaitu 7.5 kali lipat dari AlN. Berdasarkan parameter kinerja yang sangat baik ini, berlian dianggap sebagai material yang paling menjanjikan untuk mempersiapkan generasi berikutnya dari perangkat elektronik berdaya tinggi, frekuensi tinggi, suhu tinggi, dan kehilangan daya rendah, dan dipuji sebagai "semikonduktor terbaik" oleh industri.

Secara khusus, era komunikasi 5G berkembang pesat, dan penerapan material kristal tunggal berlian dalam semikonduktor dan perangkat daya frekuensi tinggi menjadi semakin menonjol. Kristal tunggal berlian dan produk-produknya merupakan basis material penting untuk implementasi strategi nasional utama seperti pemrosesan ultra-presisi dan jaringan cerdas, serta peningkatan kelompok industri seperti manufaktur cerdas dan komunikasi 5G. Terobosan dan industrialisasi teknologi ini sangat penting bagi keamanan independen industri manufaktur cerdas dan big data di Tiongkok.

untuk tujuan ini, Arah penelitian yang membutuhkan material berlian.Ukuran besar, cacat rendah, resistivitas rendah, dan konduktivitas termal tinggi.arah pengembangan.

Penelitian terkini tentang material dan perangkat semikonduktor berlian terutama berfokus pada aspek-aspek berikut:

Metode pembuatan berlian terutama dibagi menjadi metode suhu tinggi dan tekanan tinggi (HPHT) dan metode pengendapan uap kimia plasma (PCVD). Dibandingkan dengan metode HPHT dan metode PCVD lainnya,MPCVD adalah metode pelepasan tanpa elektroda, bebas polusi, dan memiliki kontrol epitaksial yang kuat. Metode ini memiliki keunggulan yang lebih jelas dalam pembuatan berlian berukuran besar dan berkemurnian tinggi serta penelitian doping. Ini adalah metode pilihan untuk pembuatan berlian berkualitas tinggi dan aplikasi multi-bidang..

Dalam hal pengembangan teknologi kunci dan pemasaran peralatan MPCVD canggih, tim dari Jepang, Amerika Serikat, Jerman, dan negara lain berada di posisi terdepan. Di antaranya, dalam pengembangan dan penerapan peralatan MPCVD tipe jendela kuarsa datar dan peralatan MPCVD tipe CAP, Perusahaan Seki Jepang menduduki posisi terdepan di dunia dan mempertahankan kepemimpinan teknologi. Dalam hal pengembangan dan penerapan peralatan MPCVD tipe lonceng kuarsa, tim Asmussen di Michigan State University di Amerika Serikat mengembangkan tekanan tinggi (>2.4×104Pa) bekerja dalam rongga resonansi plasma gelombang mikro dengan kepadatan daya tinggi untuk mencapai pengendapan berlian dengan kecepatan tinggi.

Dalam hal pengembangan dan aplikasi perangkat MPCVD cincin kuarsa, MPCVD yang diproduksi oleh Plassys dari Prancis dan iPlas dari Jerman sangat representatif. Di antara keduanya, peralatan iPlas memiliki struktur kopling celah gelombang mikro dan cocok untuk pembuatan berlian berukuran besar, tetapi laju deposisinya tidak terlalu ideal. Dalam penelitian dan pengembangan peralatan MPCVD rongga resonansi elipsoidal, Institut Fraunhofer dan Aixtron dari Jerman selalu mempertahankan level teratas dunia. Dibandingkan dengan peralatan MPCVD tipe lonceng kuarsa atau tipe cincin kuarsa, peralatan dengan struktur ini cocok untuk mencocokkan sumber daya gelombang mikro dengan tingkat daya yang lebih tinggi, yang bermanfaat untuk mendapatkan area plasma yang lebih besar.Memperoleh plasma gelombang mikro yang seragam, stabil, dan berukuran besar adalah tujuan utama para pengembang peralatan MPCVD.

Dalam beberapa tahun terakhir, tim peneliti dalam negeri yang terkait dengan pengembangan peralatan MPCVD telah mencapai beberapa hasil dalam pengembangan rongga resonansi MPCVD baru. Namun, dibandingkan dengan tim asing yang maju, hanya sedikit perusahaan atau lembaga dalam negeri yang telah berhasil mengatasi kesulitan teknis untuk mencapai produksi massal komersial skala besar. Oleh karena itu,Terobosan dalam teknologi kunci seperti desain resonator plasma gelombang mikro yang dioptimalkan secara independen dan peningkatan proses persiapan berlian berukuran besar sangat membutuhkan investasi dan penelitian berkelanjutan dari tim domestik terkait. Masih banyak hal yang perlu dieksplorasi di masa depan.

Sebagai material semikonduktor, persyaratan persiapan dan arah aplikasi material kristal tunggal dan polikristal intan sangat berbeda.

Metode persiapan film berlian polikristalin CVD, termasukCVD jet plasma busur DC daya tinggi, CVD kawat panas dan MPCVD, dll.Pembuatan film intan polikristalin kelas optik dan elektronik membutuhkan laju deposisi yang ideal dan kerapatan cacat yang sangat rendah atau terkontrol. MPCVD tanpa pelepasan kontaminasi elektroda pasti akan menjadi metode ideal untuk pembuatan film intan kelas elektronik dan optik. Namun, laju pertumbuhan intan polikristalin lambat, dan konsistensi orientasi kristalnya sangat penting untuk pemrosesan, sehingga membuatnya sulit diproses.

Saat ini, Element Six telah mencapai produksi massal komersial berlian polikristalin kelas elektronik 4 inci. Tim Li Chengming dari Universitas Sains dan Teknologi Beijing, tim Wang Jianhua dari Universitas Teknologi Wuhan, dan tim Yu Shengwang dari Universitas Teknologi Taiyuan semuanya telah mencapai hasil tertentu dalam penelitian tentang persiapan MPCVD film berlian polikristalin kelas optik. Meskipun masih ada kesenjangan antara film berlian polikristalin kelas optik dan kelas elektronik domestik dengan tingkat kemajuan internasional, film berlian polikristalin kelas optik yang dikembangkan oleh tim domestik dan internasional dapat memenuhi kebutuhan jendela panduan mode ganda inframerah/radar, CO2 daya tinggi.2Persyaratan aplikasi dasar untuk jendela mesin pemrosesan laser dan jendela gelombang mikro daya tinggi.

Dibandingkan dengan kondisi persiapan dan aplikasi yang keras dari film berlian polikristalin kelas optik dan elektronik, film berlian polikristalin lebih banyak digunakan sebagai pendingin untuk pembuangan panas perangkat daya semikonduktor, dan permintaannya lebih besar dan lebih mendesak. Tingkat teknologi pengendapannya saat ini juga relatif mudah dicapai.

Selain itu, keunggulan biaya produksi berlian polikristalin lebih jelas daripada berlian kristal tunggal. Dalam 30 tahun terakhir, penelitian tentang aplikasi film berlian polikristalin MPCVD sebagai pendingin panas pada perangkat semikonduktor tidak pernah berhenti. Saat ini, film berlian polikristalin berbasis Si berukuran inci digunakan dalam perangkat HEMT, dan kepadatan daya RF perangkat telah ditingkatkan secara efektif, mencapai lebih dari 23W/mm. Saat ini, ukuran film berlian polikristalin kelas pendingin panas yang dihasilkan dapat mencapai 8 inci. Dengan peningkatan dan pengembangan teknologi MPCVD, diharapkan dapat kompatibel dengan lini produksi pembuatan wafer semikonduktor 8 inci yang ada, yang pada akhirnya mewujudkan aplikasi dan promosi skala besar material pendingin panas berlian polikristalin di industri material semikonduktor.

Dibandingkan dengan berlian polikristalin, berlian kristal tunggal (SCD) tanpa batasan batas butir memiliki sifat optik dan listrik yang lebih baik. Ia memiliki efek aplikasi yang luar biasa di bidang ilmiah dan teknologi mutakhir seperti detektor radiasi komunikasi/komputasi kuantum, tampilan emisi medan katoda dingin, laser semikonduktor, sirkuit terpadu multidimensi chip CPU superkomputer, dan batang penyangga konduktif termal tabung gelombang berjalan radar daya tinggi militer. Mempersiapkan SCD berukuran besar dan berkualitas tinggi adalah prasyaratnya.

Sebagai lempengan berlian, ukurannya harus lebih dari 2 inci. Saat ini, teknologi utama untuk menyiapkan berlian dan lempengan berukuran besar adalah...Pertumbuhan homoepitaksial, persiapan wafer mosaik, dan pertumbuhan heteroepitaksial.dan teknologi lainnya.

Metode penyambungan mosaikSebagai metode yang sangat layak untuk menyiapkan SCD berukuran besar, penyambungan dan pertumbuhan beberapa substrat seragam, dikombinasikan dengan teknologi lift-off, telah memungkinkan pembuatan SCD berukuran besar. Saat ini, wafer kristal tunggal hingga 2 inci telah berhasil dibuat. Namun, persyaratan keseragaman yang tinggi untuk substrat dan keberadaan batas butir akan menyebabkan masalah seperti tegangan dan cacat pada sambungan penyambungan, yang memengaruhi kualitas lembaran SCD yang disambung. Selain itu, biayanya tinggi, teknologi pengelupasan perlu diinjeksikan, dan hasil produksinya sangat rendah.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Mensintesis kualitas tinggihomoepitaksialLapisan intan merupakan salah satu teknologi penting untuk pembuatan perangkat elektronik intan. Lapisan ini memiliki karakteristik kepadatan cacat yang rendah dan ukuran maksimum dapat mencapai 0.5 inci (1 inci = 2.54 cm). Dalam proses pembuatan intan kristal tunggal secara homoepitaksial, cara melepaskan intan kristal tunggal dari substrat merupakan mata rantai yang sangat penting, dan juga relatif sulit. Karena substratnya juga merupakan intan kristal tunggal yang sangat keras, maka tidak dapat dipotong dengan metode pemotongan biasa. Metode yang umum digunakan meliputi pemolesan mekanis dan pemotongan laser.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Selain pertumbuhan homoepitaksial, pertumbuhan heteroepitaksial juga merupakan metode efektif untuk menumbuhkan berlian kristal tunggal area luas. Heteroepitaksi mengacu pada penggunaan lapisan penyangga pada substrat Si, safir, MgO, dan lainnya untuk mengurangi ketidaksesuaian termal dan ketidaksesuaian kisi antara berlian dan substrat, dan pada akhirnya mencapai pertumbuhan film berlian kristal tunggal. Lapisan penyangga yang paling efektif adalah Ir, dll. Secara teoritis, metode ini dapat menumbuhkan berlian kristal tunggal dengan area yang cukup besar untuk memenuhi kebutuhan industrialisasinya di bidang perangkat elektronik. Kerugian utamanya adalah kepadatan cacat yang tinggi.

Setelah terobosan dalam teknologi kunci seperti pertumbuhan kecepatan tinggi penambahan nitrogen, pertumbuhan efisiensi tinggi pelepasan pulsa, dan pengupasan implantasi ion dalam teknologi pertumbuhan deposisi uap kimia plasma gelombang mikro (MPCVD), pertumbuhan epitaksial kecepatan tinggi MPCVD tiga dimensi berulang multiarah (laju pertumbuhan 100 μm·jam) telah dicapai dalam 10 tahun terakhir.-1), teknologi inovatif seperti pertumbuhan tepi berlian berukuran besar, tebal, dan polikristalin serta penggunaan plasma CVD dalam sistem (H, C, N, O) selama 200 jam tanpa batas dan pertumbuhan berkelanjutan.

Untuk perangkat semikonduktor berlian, doping material berlian merupakan teknologi dasar untuk membentuk perangkat daya.Masalah terbesar dalam komersialisasi semikonduktor berlian adalah belum terpecahkannya solusi untuk doping massal berlian yang efisien. Pembuatan transistor tipe P relatif mudah, tetapi pembuatan transistor tipe N sulit..Teknologi doping tipe-p pada intan relatif sudah matang, dan dopan utamanya adalah atom boron. Untuk intan tipe-p, pengotor boron dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam intan alami dan intan MPCVD, dan tidak ada masalah orientasi kristal, tetapi efisiensi aktivasi boron pada suhu kamar kurang dari 0.1%. Konsentrasi doping dan mobilitas boron dalam intan memiliki hubungan timbal balik. Konsentrasi doping yang berlebihan seringkali menyebabkan penurunan mobilitas yang cepat. Ketika konsentrasi doping boron adalah 1019 cm-3, mobilitas akan dikurangi menjadi 100 cm2·V -1· S-1pengikut.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Dipilih berdasarkan posisi atom C intan (jari-jari kovalen 0.077 nm) dalam tabel periodik unsur, atom terdekat adalah atom nitrogen (N) (0.075 nm), yang menjadikannya kandidat yang menguntungkan untuk doping tipe-n pada intan. Namun, setelah doping, atom N yang menggantikan atom C dalam intan mengalami distorsi akibat efek Jahn-Teller, menyebabkan kisi lokal menjadi miring dan atom N menyimpang dari posisi yang digantikan. Tingkat energi dopingnya sangat dalam, 1.7 eV, sehingga sulit untuk menghantarkan listrik pada suhu kamar.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Dengan perkembangan teknologi semikonduktor berlian yang berkelanjutan, hambatan-hambatan seperti teknologi doping tipe-n, persiapan kristal tunggal berukuran besar dan berkualitas tinggi, serta teknologi epitaksi material dengan kerataan dan keseragaman tinggi pasti akan teratasi di masa depan untuk mewujudkan perangkat elektronik berlian dengan kinerja daya yang lebih tinggi. Namun, hal ini tidak terlepas dari upaya tak kenal lelah para peneliti ilmiah!

dioda dayaDalam 10 tahun terakhir, kemajuan material berlian CVD dalam hal ukuran besar, cacat rendah, dan doping tinggi telah secara langsung mendorong pengembangan dioda berlian ke arah tegangan tembus tinggi, kekuatan medan tembus tinggi, resistansi rendah, laju switching tinggi, dan operasi suhu tinggi. Baik jenis SBD maupun dioda pn junction sedang dalam pengembangan, di mana SBD berlian berkembang lebih cepat dan sudah berada pada tahap eksperimen aplikasi awal.

Alasan utama rendahnya tegangan tembus dioda dan transistor berlian (kurang dari 500 V) adalah kesulitan dalam mengendalikan zat doping dalam berlian.Berlian adalah material dengan kepadatan atom tertinggi di bumi. Kecuali beberapa atom kecil seperti unsur H, P, N, dan Si, sulit untuk menambahkan atom besar lainnya ke dalam kristalnya.

Dioda pin berlianmerupakan perangkat canggih yang cocok untuk aplikasi daya tinggi, kecuali medan listrik kritisnya adalah 3 MV·cm-1(Batas teoritis SiC), resistansi seri dioda pin berlian juga dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan lapisan yang didoping secara berat. Dalam 10 tahun terakhir, teknologi dioda pin berlian telah mengalami kemajuan besar, seperti terobosan dalam pembuatan lapisan p+ dan n+ yang didoping secara berat dengan mekanisme konduksi transisi; mekanisme transpor pembawa muatan dioda persimpangan p+-i-n+ berlian dengan konduktivitas transisi resistansi rendah; desain optimasi struktur material dioda pn berlian Schottky (SPND); pertumbuhan selektif n+; penelitian tentang mekanisme dampak cacat antarmuka lapisan dan dioda persimpangan pn pada kebocoran balik; penelitian tentang pemulihan balik dan masa hidup pembawa muatan minoritas dioda pin berlian; penelitian tentang mekanisme ketinggian penghalang Schottky yang tidak merata pada dioda pin Schottky berlian (SPIND) dan teknologi kunci lainnya.

Transistor daya dan rangkaian logika

Transistor berlian telah mengalami kemajuan baik di bidang elektronika daya maupun elektronika gelombang mikro. Di bidang elektronika daya, arah pengembangannya adalah menuju tegangan tembus tinggi, kekuatan medan tembus tinggi, operasi suhu tinggi, resistansi rendah, laju switching tinggi, dan perangkat normally-off.Transistor berlian terutama terdiri dari berbagai jenis FET, termasukTransistor Efek Medan Semikonduktor Logam (MESFET), MOSFET, dan JFETdll. Terdapat dua jenis saluran: permukaan terminal hidrogen intan, gas lubang dua dimensi, dan lapisan doping tipe-p. Dengan kemajuan material doping tipe-n, perangkat intan bipolar mulai muncul, dan baru-baru ini transistor bipolar heterojunction telah dikembangkan. Di bidang elektronika gelombang mikro, FET yang diakhiri hidrogen mendominasi dan berkembang menuju fT/fmax tinggi dan kepadatan daya tinggi.

MESFET berlian menggunakan penghalang Schottky untuk memodulasi dan mengontrol kanal. Kemajuan teknologi dalam beberapa tahun terakhir meliputi: kombinasi jarak gerbang-drainase yang lebar dan kanal-p yang didoping ringan, penelitian tentang efek pengurangan jarak gerbang-sumber, keberhasilan eksperimen iradiasi neutron 14.8 MeV, konsentrasi doping boron yang lebih tinggi dan teknologi lapisan kanal epitaksial permukaan yang baik, serta anil suhu tinggi pada MESFET berlian yang didoping boron.

MOSFET BerlianTransistor berlian ini merupakan transistor berlian yang paling banyak dipelajari, yang menggunakan struktur kontrol gerbang MOS untuk menekan arus bocor gerbang. Dalam beberapa tahun terakhir, MOSFFT berlian didominasi oleh perangkat kanal yang diakhiri hidrogen dan telah membuat terobosan dalam serangkaian teknologi kunci seperti struktur lapisan oksida gerbang Al2O3 yang sangat stabil.

Untuk aplikasi perangkat daya yang beroperasi pada tegangan tinggi dan suhu tinggi, perangkat JFET kanal bodi berlian, yang lebih stabil daripada perangkat kanal permukaan, lebih menguntungkan.

Berlian BJTIni adalah salah satu perangkat pengalih daya utama. Dibandingkan dengan FET berlian yang diakhiri hidrogen, BJT berbasis berlian tidak memiliki lapisan dielektrik gerbang, konduktivitas permukaan yang diakhiri hidrogen, dan efek modulasi konduktansi yang dapat mencapai injeksi pembawa minoritas, sehingga berpotensi menghasilkan resistansi on yang lebih rendah. Parameter kunci dari BJT daya adalah faktor amplifikasi arus emitor umum, yang memungkinkan amplifikasi arus dibandingkan dengan FET berlian untuk mengurangi kebutuhan daya dari rangkaian penggerak.

sirkuit logika berlianPengembangan sirkuit logika berlian merupakan langkah pertama dalam pengembangan IC berlian. Dengan pengembangan MISFET berlian yang ditingkatkan, penelitian dan pengembangan sirkuit logika berlian telah didorong maju.

RF FETBerlian memiliki sifat semikonduktor seperti konduktivitas termal yang tinggi, kekuatan medan tembus yang tinggi, dan kecepatan saturasi pembawa muatan yang tinggi. Karena alasan ini, perangkat frekuensi tinggi dan daya tinggi berbasis berlian juga menjadi salah satu fokus penelitian dalam bidang elektronika berlian.

GaN pada HEMT berlian:Ikatan kovalen antar atom intan sangat kuat, memberikan struktur kaku frekuensi getaran yang tinggi. Suhu karakteristik Debye-nya setinggi 2200 K. Hamburan fonon kecil, sehingga hambatan konduksi panas menggunakan fonon sebagai medium sangat kecil. Konduktivitas termalnya lima kali lipat dari tembaga, hingga 2000 W/(m·K). Elektronik gelombang mikro semikonduktor celah pita lebar GaN telah menjadi arus utama saat ini setelah hampir dua dekade pengembangan, dan masalah manajemen termalnya telah menjadi hambatan utama bagi pengembangannya lebih lanjut. Oleh karena itu, kombinasi keunggulan konduktivitas termal intan celah pita ultra lebar dan teknologi GaN menjadi tak terhindarkan untuk pengembangan generasi berikutnya dari elektronik gelombang mikro GaN. Hal ini juga memberikan dasar untuk pengembangan elektronik gelombang mikro GaN yang sedang berlangsung.2O3Memberikan referensi untuk manajemen termal perangkat elektronik, dll. Material berlian dapat digunakan sebagai material manajemen termal untuk perangkat elektronik daya, dan sedang dikembangkan ke arah ukuran besar, resistansi termal antarmuka rendah, dan konduktivitas termal tinggi.

. . .

Dengan meluasnya penerapan semikonduktor generasi ketiga dan hadirnya era 5G, material manajemen termal kemasan elektronik tradisional dan bahkan material chip menghadapi tantangan besar dalam peningkatan kualitas. Karbon canggih dan material kompositnya, yang telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, akan memainkan peran penting dalam bidang pembuangan panas perangkat optoelektronik berdaya tinggi dan berfrekuensi tinggi serta menjadi material manajemen termal ideal di industri elektronik! (Termasuk material pendingin, material kemasan, material dasar, dll.).

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Wang Chengyong dari Universitas Teknologi Guangdong)

Substrat disipasi panas berlian pada perangkat daya berbasis GaN:Performa penuh perangkat daya berbasis galium nitrida (GaN) dibatasi oleh konduktivitas termal yang rendah dari substrat tempat GaN diendapkan. Intan hasil deposisi uap kimia (CVD) dengan konduktivitas termal tinggi telah menjadi pilihan yang sangat baik untuk material substrat difusi termal untuk perangkat daya GaN. Para peneliti terkait telah melakukan sejumlah studi teknis tentang kombinasi intan dengan konduktivitas termal tinggi dan perangkat GaN, terutama meliputi teknologi pengikatan suhu rendah, teknologi transfer substrat untuk menumbuhkan intan secara langsung di bagian belakang lapisan epitaksial GaN, teknologi epitaksial GaN intan kristal tunggal, dan teknologi disipasi panas lapisan pasivasi intan dengan konduktivitas termal tinggi.

Pertumbuhan intan langsung di bagian belakang lapisan epitaksial GaN memiliki kekuatan ikatan antarmuka yang baik, tetapi melibatkan kesulitan teknis seperti suhu tinggi, tegangan wafer tinggi, dan resistansi termal antarmuka yang tinggi. Teknologi epitaksial GaN intan kristal tunggal dan teknologi disipasi panas lapisan pasivasi intan dengan konduktivitas termal tinggi masing-masing dibatasi oleh ukuran kecil, biaya tinggi, dan ketidaksesuaian proses intan kristal tunggal. Oleh karena itu, pengembangan substrat intan berukuran besar dan berbiaya rendah, peningkatan teknologi pengendalian tegangan wafer dan kekuatan ikatan antarmuka, pengurangan resistansi termal antarmuka, dan peningkatan kinerja perangkat GaN substrat intan akan menjadi fokus pengembangan teknologi pengikatan intan dan perangkat GaN di masa mendatang.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universitas Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Laser semikonduktor yang dikemas dalam kemasan berlian

Saat laser semikonduktor daya tinggi beroperasi, area aktif akan menghasilkan panas dalam jumlah besar, yang akan mengurangi daya keluaran laser dan memperpendek masa pakainya. Berlian memiliki karakteristik konduktivitas termal yang tinggi. Menggunakannya sebagai pendingin transisi akan meningkatkan kapasitas pembuangan panas perangkat, mengurangi hambatan termal, meningkatkan daya keluaran laser, dan memperpanjang masa pakai laser.

Penelitian Laser Raman Berlian:Hamburan Raman terstimulasi adalah efek optik nonlinier yang penting. Hamburan Raman terstimulasi dapat mencapai pergeseran frekuensi tetap dari semua foton insiden tanpa memerlukan pencocokan fase. Ini adalah teknologi penting untuk memperluas rentang pita penggunaan laser. Penelitian ke arah ini telah menjadi titik fokus dalam pengembangan teknologi laser.

Sebagai material kristal Raman dengan performa yang sangat baik, intan memiliki pergeseran frekuensi Raman terbesar sebesar 1332.3 cm di antara material kristal yang dikenal.-1, lebar garis penguatan Raman-nya sekitar 1.5 cm pada suhu ruangan-1Penguatan Raman pada intan memiliki selektivitas polarisasi. Ketika arah polarisasi cahaya pompa sejajar dengan arah <111> kristal intan, penguatan Ramannya maksimum (10 cm/GW@1 μm), dan cahaya Raman terpolarisasi linier dihasilkan. Intan memiliki konduktivitas termal ultra-tinggi, dan kemampuan pembuangan panasnya yang sangat cepat merupakan kunci bagi kristal intan untuk mempertahankan penguatan Raman yang tinggi dan memperoleh keluaran laser berkualitas tinggi pada operasi daya tinggi.

Perbandingan antara kristal Raman laser umum dan berlian

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan peningkatan teknologi preparasi deposisi uap kimia, kualitas optik berlian buatan telah meningkat pesat. Kristal berlian kelas optik juga menunjukkan peningkatan daya yang sangat baik, peningkatan koherensi, dan kemampuan konversi frekuensi dengan karakteristik Raman dan Brillouin yang unggul. Hal ini telah mendorong laser berlian untuk mengatasi secara signifikan efek termal laser inversi jumlah partikel berdasarkan bahan kerja tradisional, serta kesulitan menyeimbangkan panjang gelombang dan daya keluaran.

Substrat pembuangan panas kemasan 3D berlian kristal tunggal:

Ketika penerapan Hukum Moore telah menjadi konsensus industri, usulan More Moore tampaknya telah menambah secercah harapan pada perkembangan industri manufaktur chip. Secara umum, More Moore mengacu pada penyusutan ukuran fitur chip secara terus-menerus, yang mencakup dua aspek: terus mengecilkan ukuran fitur dalam arah horizontal dan vertikal wafer untuk meningkatkan kepadatan, kinerja, dan keandalan; menggunakan teknologi proses seperti struktur 3D dan penggunaan material baru untuk memengaruhi kinerja listrik wafer.

(Gambar dari presentasi PowerPoint laporan Carbontech 2020 oleh peneliti Jiangnan di Institut Material Ningbo)

Bahan kemasan elektronik digunakan untuk membawa komponen elektronik dan interkoneksinya. Fungsi utamanya adalah sebagai penyangga mekanis, pelindung penyegelan, pembuangan panas, dan pelindung. Bahan kemasan memiliki dampak yang sangat penting terhadap kinerja dan keandalan sirkuit terpadu. Dengan perkembangan teknologi elektronik, sirkuit terpadu berkembang menuju skala ultra-besar, kecepatan ultra-tinggi, kepadatan tinggi, daya tinggi, presisi tinggi, dan multifungsi, yang menuntut persyaratan yang semakin tinggi pada bahan kemasan. Penelitian dan pengembangan bahan kemasan berkinerja tinggi multi-sistem seperti intan/tembaga, intan/aluminium, intan/silikon karbida, grafit/tembaga, dll., sangat penting dalam mendorong pengembangan bahan kemasan elektronik ke arah miniaturisasi, kinerja tinggi, keandalan tinggi, dan biaya rendah.

. . . . .

Bahan berlian dan teknologi pemrosesan laser:Dibandingkan dengan material lain, intan memiliki karakteristik resistivitas tinggi, kekuatan medan tembus tinggi, konstanta dielektrik rendah, dan ekspansi termal rendah. Penerapannya dalam manajemen termal dapat memenuhi persyaratan pengembangan perakitan dengan kepadatan tinggi dan terintegrasi tinggi di industri elektronik yang berkembang pesat. Pemrosesan laser dapat mencapai pemrosesan mikrostruktur intan berkualitas tinggi. Ini adalah teknologi manufaktur canggih yang saat ini sedang diteliti di dalam dan luar negeri.

Teknologi penggilingan dan pemolesan substrat berlian

Perangkat semikonduktor terutama meliputi sirkuit terpadu, perangkat daya, perangkat optoelektronik, dan sensor, dll. Perangkat daya banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, militer dan pertahanan nasional, energi listrik, transportasi kereta api, dan Internet of Things (IoT). Wafer semikonduktor adalah pembawa perangkat semikonduktor, dan substrat semikonduktor adalah pembawa wafer semikonduktor. Substrat adalah dasar epitaksial perangkat semikonduktor, yang secara langsung menentukan kualitas dan kinerja perangkat tersebut.

Pemesinan ultra-presisi

Objek dari pemesinan ultra-presisi umumnya adalah material berlian berukuran kecil, yang terlalu mahal untuk industrialisasi dan tidak kondusif untuk aplikasi industri. Untuk berhasil menerapkan berlian pada pembuangan panas perangkat daya dan mencapai industrialisasi, pengadaan material dasar pembuangan panas tingkat wafer berukuran besar dengan kualitas permukaan yang baik adalah kuncinya. Selain itu, seiring meningkatnya tingkat integrasi sirkuit pada substrat berlian, persyaratan untuk kualitas permukaan akan meningkat secara bertahap. Kekasaran permukaan akan berkembang hingga tingkat angstrom atau bahkan lebih kecil, dan kelengkungan permukaan akan mencapai 5 μm atau lebih kecil.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "DT Semiconductor Materials", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulis dari cetakan ulang tersebut. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.