Bercakap tentang berlian, saya rasa ramai orang dalam hidup ini tidak biasa dengannya. Editor belum menceburi industri ini, dan pemahaman saya tentang berlian terhad kepada strukturnya yang sempurna (PS editor adalah seorang profesional dalam bahan seramik pendarfluor)...Lebih baik menukar perkataan "berlian", yang berakar umbi di hati manusia, BlingBling, penuh dengan godaan.

Penipuan "berlian itu kekal abadi" yang telah berusia berabad-abad lamanya telah menguburkan bakat berlian dan melebih-lebihkannya. Anda fikir dia orang kaya, tetapi sebenarnya dia seorang raja.Jumlah aplikasi berlian dalam bidang perindustrian jauh lebih besar daripada dalam bidang barang kemasTerutamanya dalam bidang ketepatan tinggi pada masa hadapan, bahan berlian mempunyai potensi yang besar.

Dalam era pasca-Moore, perkembangan elektronik berasaskan karbon telah mendapat perhatian meluas. Dalam bidang nanoelektronik, kemajuan yang ketara telah dicapai dalam penyelidikan nanoelektronik berasaskan karbon, terutamanya nanotube karbon satu dimensi dan grafen dua dimensi.Dalam bidang elektronik kuasa, penyelidikan mengenai elektronik kuasa berlian, yang dikenali kerana menamatkan semikonduktor, juga menunjukkan daya hidup yang hebat, menunjukkan potensinya untuk menjadi generasi elektronik kuasa yang seterusnya.

Terdapat sebab mengapa semikonduktor berlian dipuji sebagai semikonduktor terunggul oleh industri. Fokus penyelidikan utama semasa adalah berdasarkan sifat-sifat berlian itu sendiri.

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universiti Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Diamond is an ultra-wide bandgap semiconductor material with a bandgap width of 5.5 eV, which is larger than wide bandgap semiconductor materials such as GaN and SiC. As shown in the table below, the bandgap width of diamond is 5 times that of Si; the carrier mobility is also 3 times that of Si material. Theoretically, the carrier mobility of diamond is more than 2 times higher than existing wide bandgap semiconductor materials (GaN, SiC). At the same time, diamond has an extremely low intrinsic carrier concentration at room temperature. Moreover, in addition to the highest hardness, diamond also has the highest thermal conductivity among semiconductor materials, which is 7.5 times that of AlN. Based on these excellent performance parameters, diamond is considered to be the most promising material for preparing the next generation of high-power, high-frequency, high-temperature and low-power loss electronic devices, and is hailed as the "ultimate semiconductor" by the industry.

Khususnya, era komunikasi 5G sedang berkembang pesat, dan aplikasi bahan kristal tunggal berlian dalam semikonduktor dan peranti kuasa frekuensi tinggi telah menjadi semakin menonjol. Kristal tunggal berlian dan produknya merupakan asas bahan penting untuk pelaksanaan strategi kebangsaan utama seperti pemprosesan ultra-ketepatan dan grid pintar, dan penaiktarafan kumpulan perindustrian seperti pembuatan pintar dan komunikasi 5G. Kejayaan dan perindustrian teknologi ini sangat penting untuk keselamatan bebas industri pembuatan pintar dan data raya China.

untuk tujuan ini, Arahan penyelidikan yang memerlukan bahan berlianSaiz besar, kecacatan rendah, kerintangan rendah dan kekonduksian terma yang tinggihala tuju pembangunan.

Kajian semasa mengenai bahan dan peranti semikonduktor berlian tertumpu terutamanya pada aspek berikut:

Kaedah penyediaan berlian terbahagi kepada kaedah suhu tinggi dan tekanan tinggi (HPHT) dan kaedah pemendapan wap kimia plasma (PCVD). Berbanding dengan kaedah HPHT dan kaedah PCVD yang lain,MPCVD adalah pelepasan tanpa elektrod, bebas pencemaran, dan mempunyai kawalan epitaksi yang kuat. Ia mempunyai kelebihan yang lebih jelas dalam penyediaan berlian bersaiz besar dan berketulenan tinggi dan penyelidikan doping. Ia merupakan kaedah pilihan untuk penyediaan berlian aplikasi berbilang medan yang berkualiti tinggi..

Dari segi pembangunan teknologi utama dan pemasaran peralatan MPCVD canggih, pasukan dari Jepun, Amerika Syarikat, Jerman dan negara-negara lain berada dalam kedudukan utama. Antaranya, dalam pembangunan dan aplikasi peralatan MPCVD jenis tingkap kuarza rata dan peralatan MPCVD jenis CAP, Syarikat Seki Jepun menduduki kedudukan utama di dunia dan mengekalkan kepimpinan teknologi. Dari segi pembangunan dan aplikasi peralatan MPCVD jenis loceng kuarza, pasukan Asmussen di Universiti Negeri Michigan di Amerika Syarikat telah membangunkan tekanan tinggi (>2.4×104Pa) berfungsi dalam rongga resonan plasma gelombang mikro berketumpatan kuasa tinggi untuk mencapai pemendapan berlian berkelajuan tinggi.

Dari segi pembangunan dan aplikasi peranti MPCVD cincin kuarza, MPCVD yang dihasilkan oleh Plassys dari Perancis dan iPlas dari Jerman sangat mewakili. Antaranya, peralatan iPlas mempunyai struktur gandingan celah gelombang mikro dan sesuai untuk penyediaan berlian bersaiz besar, tetapi kadar pemendapannya tidak begitu ideal. Dalam penyelidikan dan pembangunan peralatan MPCVD rongga resonan elipsoidal, Institut Fraunhofer Jerman dan Aixtron sentiasa mengekalkan tahap tertinggi dunia. Berbanding dengan peralatan MPCVD jenis loceng kuarza atau jenis cincin kuarza, peralatan dengan struktur ini sesuai untuk memadankan sumber kuasa gelombang mikro dengan tahap kuasa yang lebih tinggi, yang bermanfaat untuk mendapatkan kawasan plasma yang lebih besar.Mendapatkan plasma gelombang mikro yang seragam, stabil dan berkawasan luas merupakan matlamat utama pembangun peralatan MPCVD.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pasukan penyelidikan domestik yang berkaitan dengan pembangunan peralatan MPCVD telah mencapai keputusan tertentu dalam pembangunan rongga resonan MPCVD baharu. Walau bagaimanapun, berbanding dengan pasukan asing yang maju, hanya sedikit syarikat atau institusi domestik yang telah mengatasi kesukaran teknikal untuk mencapai pengeluaran besar-besaran komersial berskala besar. Oleh itu,Kejayaan dalam teknologi utama seperti reka bentuk resonator plasma gelombang mikro yang dioptimumkan secara bebas dan penambahbaikan proses penyediaan berlian bersaiz besar memerlukan pelaburan dan penyelidikan berterusan oleh pasukan domestik yang berkaitan dengan segera. Masih banyak jalan untuk diterokai pada masa hadapan.

Sebagai bahan semikonduktor, keperluan penyediaan dan arahan aplikasi bahan kristal tunggal berlian dan polikristalin agak berbeza.

Kaedah penyediaan filem berlian polikristalin CVD, termasukCVD jet plasma arka DC berkuasa tinggi, CVD wayar panas dan MPCVD, dsb.Penyediaan filem berlian polikristalin gred optik dan gred elektronik memerlukan kadar pemendapan yang ideal dan ketumpatan kecacatan yang sangat rendah atau boleh dikawal. MPCVD tanpa pelepasan pencemaran elektrod pasti akan menjadi kaedah yang ideal untuk penyediaan filem berlian gred elektronik dan gred optik. Walau bagaimanapun, kadar pertumbuhan berlian polikristalin adalah perlahan, dan konsistensi orientasi kristalnya adalah penting untuk pemprosesan, menjadikannya sukar untuk diproses.

Pada masa ini, Element Six telah mencapai pengeluaran besar-besaran komersial berlian polikristalin gred elektronik 4 inci. Pasukan Li Chengming dari Universiti Sains dan Teknologi Beijing, pasukan Wang Jianhua dari Universiti Teknologi Wuhan, dan pasukan Yu Shengwang dari Universiti Teknologi Taiyuan semuanya telah mencapai keputusan tertentu dalam penyelidikan mengenai penyediaan MPCVD filem berlian polikristalin gred optik. Walaupun masih terdapat jurang antara filem berlian polikristalin gred optik domestik dan gred elektronik dan peringkat lanjutan antarabangsa, filem berlian polikristalin gred optik yang dibangunkan oleh pasukan domestik dan ke atas dapat memenuhi keperluan tingkap panduan dwi-mod inframerah/radar, CO2 berkuasa tinggi.2Keperluan aplikasi asas untuk tingkap mesin pemprosesan laser dan tingkap gelombang mikro berkuasa tinggi.

Berbanding dengan keadaan penyediaan dan aplikasi filem berlian polikristalin gred optik dan elektronik yang keras, filem berlian polikristalin lebih banyak digunakan sebagai penyerap haba untuk pelesapan haba peranti kuasa semikonduktor, dan permintaannya lebih besar dan lebih mendesak. Tahap teknikal semasa pemendakannya juga agak mudah dicapai.

In addition, the manufacturing cost advantage of polycrystalline diamond is more obvious than that of single crystal diamond. In the past 30 years, research on the application of MPCVD polycrystalline diamond films as heat sinks in semiconductor devices has never stopped. Currently, inch-scale Si-based polycrystalline diamond films are used in HEMTs devices, and the RF power density of the devices has been effectively improved, reaching more than 23W/mm. Currently, the size of the prepared heat sink-grade polycrystalline diamond film can reach 8 inches. With the improvement and upgrade of MPCVD technology, it is expected to be compatible with the existing 8-inch semiconductor wafer manufacturing production line, ultimately realizing the large-scale application and promotion of polycrystalline diamond heat sink materials in the semiconductor material industry.

Berbanding dengan berlian polikristalin, berlian kristal tunggal (SCD) tanpa kekangan sempadan butiran mempunyai sifat optik dan elektrik yang lebih baik. Ia mempunyai kesan aplikasi yang luar biasa dalam bidang saintifik dan teknologi canggih seperti pengesan radiasi komunikasi/pengkomputeran kuantum, paparan pancaran medan katod sejuk, laser semikonduktor, litar bersepadu berbilang dimensi cip CPU superkomputer, dan rod sokongan konduktif terma tiub gelombang mikro radar berkuasa tinggi tentera. Menyediakan SCD bersaiz besar dan berkualiti tinggi adalah prasyarat.

As a diamond wafer, its size must be more than 2 inches. At present, the main technologies for preparing large-size diamonds and wafers arePertumbuhan homoepitaksial, penyediaan wafer mozek dan pertumbuhan heteroepitaksialdan teknologi lain.

Kaedah penyambungan mozekSebagai kaedah yang sangat berdaya maju untuk menyediakan SCD bersaiz besar, penyambungan dan pertumbuhan berbilang substrat seragam, digabungkan dengan teknologi pengangkatan, telah membolehkan penyediaan SCD bersaiz besar. Pada masa ini, wafer kristal tunggal sehingga 2 inci telah dicapai. Walau bagaimanapun, keperluan keseragaman yang tinggi untuk substrat dan kewujudan sempadan butiran akan membawa kepada masalah seperti tekanan dan kecacatan pada sambungan penyambungan, yang menjejaskan kualiti kepingan penyambungan SCD. Di samping itu, kosnya tinggi, teknologi pengelupasan perlu disuntik, dan hasilnya sangat rendah.

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universiti Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Sintesis berkualiti tinggihomoepitaksialLapisan berlian merupakan salah satu teknologi penting untuk menyediakan peranti elektronik berlian. Ia mempunyai ciri-ciri ketumpatan kecacatan yang rendah dan saiz maksimum boleh mencapai 0.5 inci (1 inci = 2.54 cm). Dalam proses penyediaan homoepitaksi berlian kristal tunggal, cara mengupas berlian kristal tunggal daripada substrat merupakan satu penghubung yang sangat penting, dan ia juga agak sukar. Oleh kerana substrat juga merupakan berlian kristal tunggal yang sangat keras, ia tidak boleh dipotong dengan kaedah pemotongan biasa. Kaedah yang biasa digunakan termasuk penggilapan mekanikal dan pemotongan laser.

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universiti Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

In addition to homoepitaxial growth, heteroepitaxial growth is also an effective method for growing large-area single crystal diamond. Heteroepitaxy refers to the use of buffer layers on Si, sapphire, MgO and other substrates to alleviate the thermal mismatch and lattice mismatch between diamond and substrate, and ultimately achieve the growth of single crystal diamond films. The most effective buffer layer is Ir, etc. Theoretically, this method can grow single crystal diamond with a large enough area to meet its industrialization needs in the field of electronic devices. Its main disadvantage is the high defect density.

Selepas penemuan baharu dalam teknologi utama seperti pertumbuhan berkelajuan tinggi penambahan nitrogen, pertumbuhan berkecekapan tinggi nyahcas denyut dan pelucutan implantasi ion dalam teknologi pertumbuhan pemendapan wap kimia plasma gelombang mikro (MPCVD), pertumbuhan epitaksi berkelajuan tinggi MPCVD tiga dimensi berulang berbilang arah (kadar pertumbuhan 100 μm·h) telah dicapai dalam tempoh 10 tahun yang lalu.-1), teknologi inovatif seperti pertumbuhan tepi berlian bersaiz besar, tebal dan polikristalin serta penggunaan CVD plasma dalam sistem (H, C, N, O) selama 200 jam tanpa sempadan dan pertumbuhan berterusan.

Bagi peranti semikonduktor berlian, pendopan bahan berlian ialah teknologi asas untuk membentuk peranti kuasa.Masalah terbesar dalam pengkomersialan semikonduktor berlian ialah pendopan pukal berlian yang cekap masih belum dapat diselesaikan. Adalah mudah untuk mengeluarkan transistor jenis-P tetapi sukar untuk mengeluarkan transistor jenis-N..Teknologi doping jenis-p berlian agak matang, dan dopan utamanya ialah atom boron. Bagi berlian jenis-p, bendasing boron boleh diintegrasikan dengan mudah ke dalam berlian semula jadi dan berlian MPCVD, dan tiada masalah orientasi kristal, tetapi kecekapan pengaktifan boron pada suhu bilik adalah kurang daripada 0.1%. Kepekatan doping dan mobiliti boron dalam berlian mempunyai hubungan timbal balik. Kepekatan doping yang berlebihan selalunya membawa kepada penurunan mobiliti yang cepat. Apabila kepekatan doping boron ialah 1019 cm-3, mobiliti akan dikurangkan kepada 100 cm2·V -1· S-1yang berikut.

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universiti Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Dipilih berdasarkan kedudukan atom C berlian (jejari kovalen 0.077 nm) dalam jadual berkala unsur, yang paling hampir ialah atom nitrogen (N) (0.075 nm), yang menjadikannya juga calon yang sesuai untuk pendopan jenis-n berlian. Walau bagaimanapun, selepas pendopan, atom N yang menggantikan atom C dalam berlian terherot disebabkan oleh kesan Jahn-Teller, menyebabkan kekisi setempat menjadi condong dan atom N menyimpang daripada kedudukan yang digantikan. Tahap tenaga pendopannya sangat dalam, 1.7 eV, menjadikannya sukar untuk mengalirkan elektrik pada suhu bilik.

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universiti Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Dengan perkembangan berterusan teknologi semikonduktor berlian, kesesakan seperti teknologi doping jenis-n, penyediaan kristal tunggal bersaiz besar dan berkualiti tinggi, serta teknologi epitaksi bahan berkerataan tinggi dan keseragaman tinggi pasti akan diatasi pada masa hadapan untuk merealisasikan peranti elektronik berlian dengan prestasi kuasa yang lebih tinggi. Tetapi ini tidak dapat dipisahkan daripada usaha berterusan penyelidik saintifik!

diod kuasaDalam tempoh 10 tahun yang lalu, kemajuan bahan berlian CVD dari segi saiz yang besar, kecacatan yang rendah dan pendopan yang banyak telah secara langsung memacu pembangunan diod berlian ke arah voltan kerosakan yang tinggi, kekuatan medan kerosakan yang tinggi, rintangan pada yang rendah, kadar pensuisan yang tinggi dan operasi suhu tinggi. Kedua-dua jenis diod SBD dan simpang pn sedang dalam pembangunan, antaranya SBD berlian berkembang lebih pantas dan sudah berada dalam peringkat percubaan aplikasi awal.

Sebab utama voltan kerosakan rendah diod dan transistor berlian (kurang daripada 500 V) adalah kesukaran dalam mengawal bahan pendopan dalam berlian.Berlian ialah bahan yang mempunyai ketumpatan atom tertinggi di bumi. Kecuali beberapa atom kecil seperti unsur H, P, N dan Si, adalah sukar untuk menambah atom besar lain ke dalam hablurnya.

Diod pin berlianmerupakan peranti canggih yang sesuai untuk aplikasi berkuasa tinggi, kecuali medan elektrik kritikalnya ialah 3 MV·cm-1(Had teori SiC), rintangan siri diod pin berlian juga boleh dikurangkan dengan ketara dengan menggunakan lapisan yang didop kuat. Dalam tempoh 10 tahun yang lalu, teknologi diod pin berlian telah mencapai kemajuan yang besar, seperti penemuan dalam penyediaan lapisan p+ dan n+ yang didop kuat dengan mekanisme pengaliran peralihan; mekanisme pengangkutan pembawa diod simpang p+-i-n+ berlian dengan kekonduksian peralihan rintangan yang rendah; reka bentuk pengoptimuman struktur bahan diod pn berlian Schottky (SPND); pertumbuhan terpilih n+ Penyelidikan mengenai mekanisme kesan kecacatan antara muka lapisan dan diod simpang pn pada kebocoran songsang; penyelidikan mengenai pemulihan songsang dan jangka hayat pembawa minoriti diod pin berlian; penyelidikan mengenai mekanisme ketinggian penghalang Schottky yang tidak sekata bagi diod pin Schottky berlian (SPIND) dan teknologi utama yang lain.

Transistor kuasa dan litar logik

Transistor berlian telah mencapai kemajuan dalam kedua-dua bidang elektronik kuasa dan elektronik gelombang mikro. Dalam bidang elektronik kuasa, hala tuju pembangunan adalah ke arah voltan kerosakan yang tinggi, kekuatan medan kerosakan yang tinggi, operasi suhu tinggi, rintangan hidup yang rendah, kadar pensuisan yang tinggi dan peranti mati secara normal.Transistor berlian terutamanya terdiri daripada pelbagai jenis FET, termasukTransistor Kesan Medan Semikonduktor Logam (MESFET), MOSFET dan JFETetc. There are two types of channels: diamond hydrogen terminal surface two-dimensional hole gas and p-type doped layer. With the advancement of n-type doping materials, bipolar diamond devices have begun to appear, and recently heterojunction bipolar transistors have been developed. In the field of microwave electronics, hydrogen-terminated FETs are dominant and are developing towards high fT/fmax and high power density.

Diamond MESFET uses Schottky barrier to modulate and control the channel. Technological advances in recent years include: combination of wide gate-drain spacing and lightly doped p-channel, research on the effect of reduced gate-source spacing, passing 14.8 MeV neutron irradiation experiments, higher boron doping concentration and good surface epitaxial channel layer technology, and high-temperature annealing of boron-doped diamond MESFET.

MOSFET BerlianIa merupakan transistor berlian yang paling banyak dikaji, yang menggunakan struktur kawalan get MOS untuk menyekat arus kebocoran get. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, MOSFFT berlian telah didominasi oleh peranti saluran yang ditamatkan hidrogen dan telah mencapai kejayaan dalam beberapa siri teknologi utama seperti struktur lapisan oksida get Al2O3 yang sangat stabil.

Bagi aplikasi peranti kuasa yang beroperasi pada voltan tinggi dan suhu tinggi, peranti saluran badan berlian JFET, yang lebih stabil daripada peranti saluran permukaan, adalah lebih berfaedah.

Diamond BJTIa merupakan salah satu peranti pensuisan kuasa utama. Berbanding dengan FET berlian yang ditamatkan hidrogen, BJT berasaskan berlian tidak mempunyai lapisan dielektrik get, kekonduksian permukaan yang ditamatkan hidrogen, dan kesan modulasi kekonduksian yang boleh mencapai suntikan pembawa minoriti, mengakibatkan rintangan aktif yang berpotensi lebih rendah. Parameter utama BJT kuasa ialah faktor penguatan arus pemancar sepunya, yang membolehkan penguatan arus berbanding FET berlian untuk mengurangkan keperluan kuasa litar pemacu.

litar logik berlianPembangunan litar logik berlian merupakan langkah pertama dalam pembangunan IC berlian. Dengan pembangunan MISFET berlian yang dipertingkatkan, penyelidikan dan pembangunan litar logik berlian telah dipacu.

FET RF: Diamond has semiconductor properties such as high thermal conductivity, high breakdown field strength and high carrier saturation velocity. For this reason, diamond high-frequency and high-power devices are also one of the research hotspots of diamond electronics.

GaN pada berlian HEMT:Ikatan kovalen antara atom berlian sangat kuat, memberikan struktur tegar frekuensi getaran yang tinggi. Suhu ciri Debyenya setinggi 2200 K. Penyerakan fonon adalah kecil, jadi rintangan terhadap pengaliran haba menggunakan fonon sebagai medium adalah sangat kecil. Kekonduksian termanya adalah lima kali ganda daripada kuprum, sehingga 2000 W/(m·K). Elektronik gelombang mikro GaN semikonduktor jurang jalur lebar telah menjadi arus perdana semasa selepas hampir dua dekad pembangunan, dan isu pengurusan termanya telah menjadi halangan utama kepada pembangunan selanjutnya. Oleh itu, gabungan kelebihan kekonduksian terma berlian jurang jalur ultra lebar dan teknologi GaN telah menjadi tidak dapat dielakkan untuk pembangunan elektronik gelombang mikro GaN generasi seterusnya. Ia juga menyediakan asas untuk pembangunan berterusan elektronik gelombang mikro GaN.2O3Berikan rujukan untuk pengurusan haba peranti elektronik, dsb. Bahan berlian boleh digunakan sebagai bahan pengurusan haba untuk peranti elektronik kuasa, dan sedang berkembang ke arah saiz yang besar, rintangan haba antara muka yang rendah, dan kekonduksian haba yang tinggi.

...

Dengan penggunaan semikonduktor generasi ketiga yang meluas dan kemunculan era 5G, bahan pengurusan haba pembungkusan elektronik tradisional dan juga bahan cip menghadapi cabaran besar dalam penaiktarafan. Karbon termaju dan bahan kompositnya, yang telah muncul dengan pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini, akan memainkan peranan penting dalam bidang pelesapan haba peranti optoelektronik berkuasa tinggi dan berfrekuensi tinggi dan menjadi bahan pengurusan haba yang ideal dalam industri elektronik! (Termasuk bahan sink haba, bahan pembungkusan, bahan asas, dll.).

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Wang Chengyong dari Universiti Teknologi Guangdong)

Substrat pelesapan haba berlian dalam peranti kuasa berasaskan GaN:The full performance of gallium nitride (GaN)-based power devices is limited by the low thermal conductivity of the substrate on which GaN is deposited. Chemical vapor deposition (CVD) diamond with high thermal conductivity has become an excellent choice for thermal diffusion substrate materials for GaN power devices. Relevant scholars have carried out a number of technical studies on the combination of high thermal conductivity diamond and GaN devices, mainly including low-temperature bonding technology, substrate transfer technology for directly growing diamond on the back of the GaN epitaxial layer, single crystal diamond epitaxial GaN technology and high thermal conductivity diamond passivation layer heat dissipation technology.

Berlian yang tumbuh secara langsung di bahagian belakang lapisan epitaksi GaN mempunyai kekuatan ikatan antara muka yang baik, tetapi melibatkan masalah teknikal seperti suhu tinggi, tekanan wafer yang tinggi, dan rintangan haba antara muka yang tinggi. Teknologi GaN epitaksi berlian kristal tunggal dan teknologi pelesapan haba lapisan pasivasi berlian kekonduksian terma yang tinggi masing-masing dihadkan oleh saiz kecil, kos tinggi dan ketidakserasian proses berlian kristal tunggal. Oleh itu, membangunkan substrat berlian bersaiz besar yang berkos rendah, menambah baik teknologi kawalan tekanan wafer dan kekuatan ikatan antara muka, mengurangkan rintangan haba antara muka, dan meningkatkan prestasi peranti GaN substrat berlian akan menjadi tumpuan pembangunan masa depan teknologi ikatan berlian dan peranti GaN.

(Gambar daripada laporan Carbontech 2020 PPT oleh Profesor Zhang Jinfeng dari Universiti Sains dan Teknologi Elektronik Xi'an)

Laser semikonduktor berbungkus berlian

Apabila laser semikonduktor berkuasa tinggi berfungsi, kawasan aktif akan menghasilkan sejumlah besar haba, yang akan mengurangkan kuasa output laser dan memendekkan hayat perkhidmatannya. Berlian mempunyai ciri kekonduksian terma yang tinggi. Menggunakannya sebagai sinki haba peralihan akan meningkatkan kapasiti pelesapan haba peranti, mengurangkan rintangan haba, meningkatkan kuasa output laser dan memanjangkan hayat laser.

Penyelidikan Laser Raman Berlian:Penyebaran Raman yang dirangsang merupakan kesan optik tak linear yang penting. Penyebaran Raman yang dirangsang boleh mencapai anjakan frekuensi tetap bagi semua foton insiden tanpa memerlukan pemadanan fasa. Ia merupakan teknologi penting untuk meluaskan julat jalur penggunaan laser. Penyelidikan ke arah ini telah menjadi tumpuan utama dalam pembangunan teknologi laser.

As a crystal Raman material with excellent performance, diamond has the largest Raman frequency shift of 1332.3 cm among known crystal materials.-1, lebar garis gandaan Ramannya adalah kira-kira 1.5 cm pada suhu bilik-1. The Raman gain of diamond has polarization selectivity. When the polarization direction of the pump light is parallel to the <111> direction of the diamond crystal, its Raman gain is maximum (10 cm/GW@1 μm), and linearly polarized Raman light is output. Diamond has ultra-high thermal conductivity, and its ultra-fast heat dissipation ability is the key for diamond crystals to maintain high Raman gain and obtain high-beam quality laser output under high-power operation.

Perbandingan antara kristal Raman laser biasa dan berlian

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan peningkatan teknologi penyediaan pemendapan wap kimia, kualiti optik berlian tiruan telah dipertingkatkan dengan pesat. Kristal berlian gred optik juga telah menunjukkan peningkatan kuasa, peningkatan koheren dan keupayaan penukaran frekuensi yang sangat baik dengan ciri Raman dan Brillouin yang sangat baik. Ini telah menggalakkan laser berlian untuk mengatasi kesan haba laser penyongsangan nombor zarah berdasarkan bahan kerja tradisional, serta kesukaran untuk mengimbangi panjang gelombang dan kuasa output.

Substrat pelesapan haba pembungkusan 3D berlian kristal tunggal:

Apabila mengikuti Hukum Moore telah menjadi konsensus industri, cadangan More Moore nampaknya telah menambahkan sedikit kecerahan kepada perkembangan industri pembuatan cip. Secara amnya, More Moore merujuk kepada pengecutan berterusan saiz ciri cip, yang merangkumi dua aspek: pengecutan berterusan saiz ciri dalam arah mendatar dan menegak wafer untuk meningkatkan ketumpatan, prestasi dan kebolehpercayaan; menggunakan teknologi proses seperti struktur 3D dan penggunaan bahan baharu untuk mempengaruhi prestasi elektrik wafer.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Jiangnan researcher at Ningbo Institute of Materials)

Bahan pembungkusan elektronik digunakan untuk membawa komponen elektronik dan sambungannya. Ia berfungsi terutamanya sebagai sokongan mekanikal, perlindungan pengedap, pelesapan haba dan perisai. Ia mempunyai impak yang sangat penting terhadap prestasi dan kebolehpercayaan litar bersepadu. Dengan perkembangan teknologi elektronik, litar bersepadu berkembang ke arah skala ultra besar, kelajuan ultra tinggi, ketumpatan tinggi, kuasa tinggi, ketepatan tinggi dan pelbagai fungsi, yang meletakkan keperluan yang semakin tinggi pada bahan pembungkusan. Penyelidikan dan pembangunan bahan pembungkusan berprestasi tinggi berbilang sistem seperti berlian/kuprum, berlian/aluminium, berlian/silikon karbida, grafit/kuprum, dan sebagainya adalah sangat penting dalam mempromosikan pembangunan bahan pembungkusan elektronik ke arah pengecilan, prestasi tinggi, kebolehpercayaan tinggi dan kos rendah.

......

Bahan berlian dan teknologi pemprosesan laser:Berbanding dengan bahan lain, berlian mempunyai ciri-ciri kerintangan yang tinggi, kekuatan medan kerosakan yang tinggi, pemalar dielektrik yang rendah, dan pengembangan haba yang rendah. Aplikasinya dalam pengurusan haba dapat memenuhi keperluan pembangunan pemasangan berketumpatan tinggi dan bersepadu tinggi dalam industri elektronik yang pesat membangun. Pemprosesan laser dapat mencapai pemprosesan mikrostruktur berlian yang berkualiti tinggi. Ia merupakan teknologi pembuatan canggih yang sedang dikaji di dalam dan luar negara.

Diamond substrate grinding and polishing technology

Peranti semikonduktor terutamanya merangkumi litar bersepadu, peranti kuasa, peranti optoelektronik dan sensor, dan sebagainya. Peranti kuasa digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, pertahanan ketenteraan dan negara, tenaga kuasa, pengangkutan kereta api, dan Internet Maklumat untuk Segala-galanya. Wafer semikonduktor ialah pembawa peranti semikonduktor, dan substrat semikonduktor ialah pembawa wafer semikonduktor. Substrat ialah tapak epitaksi peranti semikonduktor, yang secara langsung menentukan kualiti dan prestasi peranti.

Pemesinan ultra ketepatan

Objek pemesinan ultra-ketepatan biasanya merupakan bahan berlian bersaiz kecil, yang terlalu mahal untuk perindustrian dan tidak sesuai untuk aplikasi perindustrian. Untuk berjaya menggunakan berlian pada pelesapan haba peranti kuasa dan mencapai perindustrian, pemerolehan bahan asas pelesapan haba aras wafer bersaiz besar dengan kualiti permukaan yang baik adalah kunci. Di samping itu, apabila tahap penyepaduan litar pada substrat berlian meningkat, keperluan untuk kualiti permukaan akan meningkat secara beransur-ansur. Kekasaran permukaan akan berkembang ke aras angstrom atau lebih kecil lagi, dan lengkungan permukaan akan mencapai 5 μm atau lebih kecil.

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "DT Semiconductor Materials", yang menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang cetakan semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.