Говоря об алмазах, я думаю, многие люди в жизни с ними не знакомы. Редактор не работал в этой индустрии, и мои знания об алмазах ограничиваются их идеальной структурой (кстати, редактор — профессионал в области флуоресцентных керамических материалов)....С таким же успехом можно заменить слово «бриллиант», которое глубоко укоренилось в сердцах людей, на «Блестящий», полный искушений.

Столетняя афера с утверждением «бриллианты вечны» похоронила талант бриллиантов и переоценила их возможности. Вы думаете, он богатый человек, но на самом деле он король.Объём применения алмазов в промышленности значительно превышает объём их использования в ювелирном деле.Особенно в перспективных областях высокоточной обработки алмазные материалы обладают огромным потенциалом.

В эпоху после Мура разработка электроники на основе углерода получила широкое внимание. В области наноэлектроники достигнут значительный прогресс в исследованиях наноэлектроники на основе углерода, главным образом одномерных углеродных нанотрубок и двумерного графена.В области силовой электроники исследования алмазной силовой электроники, известной своими достижениями в полупроводниковой промышленности, также демонстрируют большую активность, показывая свой потенциал стать следующим поколением силовой электроники.

There is a reason why diamond semiconductor is hailed as the ultimate semiconductor by the industry. The current main research focus is based on the properties of diamond itself.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Professor Zhang Jinfeng of Xi'an University of Electronic Science and Technology)

Алмаз — это полупроводниковый материал со сверхширокой запрещенной зоной шириной 5.5 эВ, что больше, чем у таких широкозонных полупроводниковых материалов, как GaN и SiC. Как показано в таблице ниже, ширина запрещенной зоны алмаза в 5 раз больше, чем у кремния; подвижность носителей заряда также в 3 раза выше, чем у кремния. Теоретически, подвижность носителей заряда в алмазе более чем в 2 раза выше, чем у существующих широкозонных полупроводниковых материалов (GaN, SiC). В то же время алмаз обладает чрезвычайно низкой собственной концентрацией носителей заряда при комнатной температуре. Более того, помимо самой высокой твердости, алмаз также обладает самой высокой теплопроводностью среди полупроводниковых материалов, которая в 7.5 раз выше, чем у AlN. Исходя из этих превосходных параметров, алмаз считается наиболее перспективным материалом для создания следующего поколения мощных, высокочастотных, высокотемпературных электронных устройств с низкими потерями мощности и признан в отрасли «идеальным полупроводником».

В частности, стремительно разворачивается эра связи 5G, и применение монокристаллических алмазов в полупроводниках и высокочастотных силовых устройствах приобретает все большее значение. Монокристаллы алмаза и изделия из них являются важной материальной основой для реализации основных национальных стратегий, таких как сверхточная обработка и интеллектуальные сети, а также для модернизации таких отраслей, как интеллектуальное производство и связь 5G. Прорыв и индустриализация этой технологии имеют огромное значение для обеспечения независимости китайской индустрии интеллектуального производства и больших данных.

к этому концу, Направления исследований, требующие использования алмазных материалов.Большой размер, низкое содержание дефектов, низкое удельное сопротивление и высокая теплопроводность.направление развития.

Current research on diamond semiconductor materials and devices mainly focuses on the following aspects:

The preparation methods of diamond are mainly divided into high temperature and high pressure method (HPHT) and plasma chemical vapor deposition method (PCVD). Compared with HPHT method and other PCVD methods,Метод MPCVD представляет собой безэлектродный разряд, не загрязняет окружающую среду и обладает высокой степенью контроля эпитаксиального роста. Он имеет очевидные преимущества при получении алмазов больших размеров и высокой чистоты, а также в исследованиях легирования. Это предпочтительный метод для получения высококачественных алмазов, применяемых в различных областях..

В области разработки ключевых технологий и коммерциализации передового оборудования для MPCVD-процессов лидирующие позиции занимают команды из Японии, США, Германии и других стран. Среди них, в разработке и применении оборудования для MPCVD-процессов с плоским кварцевым окном и оборудования для MPCVD-процессов типа CAP, японская компания Seki занимает лидирующие позиции в мире и сохраняет технологическое лидерство. Что касается разработки и применения оборудования для MPCVD-процессов с кварцевым колоколообразным корпусом, команда Asmussen из Мичиганского государственного университета в США разработала устройство высокого давления (>2.4×10⁻⁶).4Процесс (Па) работает в резонансном микроволновом плазменном резонаторе с высокой плотностью мощности для достижения высокоскоростного осаждения алмаза.

В области разработки и применения кварцевых кольцевых MPCVD-устройств весьма представительными являются установки MPCVD, производимые французской компанией Plassys и немецкой iPlas. Среди них оборудование iPlas имеет структуру с микроволновой щелевой связью и подходит для получения алмазов большого размера, однако скорость осаждения не является идеальной. В исследованиях и разработках оборудования MPCVD с эллипсоидальной резонансной полостью немецкий Институт Фраунгофера и компания Aixtron всегда поддерживали высочайший мировой уровень. По сравнению с кварцевыми колоколообразными или кварцевыми кольцевыми установками MPCVD, оборудование с такой структурой позволяет использовать микроволновые источники мощности с более высокими уровнями мощности, что способствует получению большей площади плазмы.Получение однородной, стабильной и крупномасштабной микроволновой плазмы является конечной целью разработчиков оборудования для MPCVD.

В последние годы отечественные исследовательские группы, занимающиеся разработкой оборудования для MPCVD-синтеза, достигли определенных результатов в создании новых резонансных резонаторов MPCVD. Однако по сравнению с передовыми зарубежными группами лишь немногие отечественные компании или учреждения преодолели технические трудности, преодолев необходимость крупномасштабного коммерческого массового производства. Поэтому...Для достижения прорывов в ключевых технологиях, таких как независимая оптимизированная конструкция микроволновых плазменных резонаторов и усовершенствование процессов получения алмазов большого размера, срочно необходимы постоянные инвестиции и исследования со стороны соответствующих отечественных команд. В будущем предстоит еще долгий путь.

В качестве полупроводникового материала требования к получению и направления применения монокристаллического алмаза и поликристаллических материалов существенно различаются.

Способ получения поликристаллической алмазной пленки методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), включающий в себя:High-power DC arc plasma jet CVD, hot wire CVD and MPCVD, etc.Для получения поликристаллических алмазных пленок оптического и электронного качества требуется идеальная скорость осаждения и чрезвычайно низкая или контролируемая плотность дефектов. Метод MPCVD без загрязнения электродов неизбежно станет идеальным способом получения алмазных пленок электронного и оптического качества. Однако скорость роста поликристаллического алмаза низкая, а для его обработки крайне важна стабильность кристаллической ориентации, что затрудняет его переработку.

В настоящее время компания Element Six достигла коммерческого массового производства 4-дюймовых поликристаллических алмазов электронного качества. Команды Ли Чэнмина из Пекинского университета науки и технологий, Ван Цзяньхуа из Уханьского технологического университета и Ю Шэнвана из Тайюаньского технологического университета добились определенных результатов в исследованиях по получению поликристаллических алмазных пленок оптического качества методом MPCVD. Хотя между отечественными поликристаллическими алмазными пленками оптического и электронного качества и международным передовым уровнем все еще существует разрыв, поликристаллические алмазные пленки оптического качества, разработанные отечественными и более совершенными командами, могут удовлетворить потребности в двухрежимных окнах наведения инфракрасного/радиолокационного излучения и высокомощных CO2-детекторах.2Основные требования к окнам лазерных обрабатывающих станков и окнам мощных микроволновых установок.

Compared with the harsh preparation and application conditions of optical-grade and electronic-grade polycrystalline diamond films, polycrystalline diamond films are more widely used as heat sinks for heat dissipation of semiconductor power devices, and the demand is greater and more urgent. The current technical level of its precipitation is also relatively easy to achieve.

Кроме того, преимущество поликристаллического алмаза в стоимости производства более очевидно, чем у монокристаллического алмаза. За последние 30 лет исследования по применению поликристаллических алмазных пленок, полученных методом MPCVD, в качестве теплоотводов в полупроводниковых устройствах не прекращались. В настоящее время в HEMT-устройствах используются кремниевые поликристаллические алмазные пленки дюймового размера, и плотность мощности радиочастот в этих устройствах была эффективно улучшена, достигнув более 23 Вт/мм. В настоящее время размер получаемой теплоотводящей поликристаллической алмазной пленки может достигать 8 дюймов. Ожидается, что с усовершенствованием и модернизацией технологии MPCVD она станет совместимой с существующей производственной линией по выпуску 8-дюймовых полупроводниковых пластин, что в конечном итоге позволит реализовать широкомасштабное применение и продвижение поликристаллических алмазных теплоотводящих материалов в полупроводниковой промышленности.

По сравнению с поликристаллическим алмазом, монокристаллический алмаз (МКА) без ограничений, связанных с границами зерен, обладает лучшими оптическими и электрическими свойствами. Он находит выдающееся применение в передовых научно-технических областях, таких как детекторы излучения для квантовой связи/вычислений, дисплеи с холодной катодной эмиссией, полупроводниковые лазеры, многомерные интегральные схемы для процессоров суперкомпьютеров и теплопроводящие опорные стержни для микроволновых ламп бегущей волны в военных радарах. Получение крупногабаритных и высококачественных МКА является необходимым условием.

Размер алмазной пластины должен превышать 2 дюйма. В настоящее время основными технологиями получения крупногабаритных алмазов и пластин являются:Гомоэпитаксиальный рост, подготовка мозаичных пластин и гетероэпитаксиальный рости другие технологии.

метод мозаичной склейкиВ качестве весьма эффективного метода получения крупногабаритных SCD-матриц, соединение и выращивание нескольких однородных подложек в сочетании с технологией лифтинга позволило создавать SCD-матрицы больших размеров. В настоящее время достигнуты размеры монокристаллических пластин до 2 дюймов. Однако высокие требования к однородности подложки и наличие границ зерен приводят к таким проблемам, как напряжение и дефекты в месте соединения, что влияет на качество полученных SCD-матриц. Кроме того, этот метод является дорогостоящим, требует применения технологии отслаивания, а выход годной продукции очень низким.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Professor Zhang Jinfeng of Xi'an University of Electronic Science and Technology)

Синтезировать высококачественные материалыгомоэпитаксиальныйАлмазное покрытие — одна из важных технологий для изготовления электронных устройств на основе алмазов. Оно характеризуется низкой плотностью дефектов, а максимальный размер дефектов может достигать 0.5 дюйма (1 дюйм = 2.54 см). В процессе гомоэпитаксиального получения монокристаллического алмаза очень важным и относительно сложным является процесс отделения монокристаллического алмаза от подложки. Поскольку подложка также представляет собой чрезвычайно твердый монокристаллический алмаз, его невозможно разрезать обычными методами резки. К наиболее распространенным методам относятся механическая полировка и лазерная резка.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Professor Zhang Jinfeng of Xi'an University of Electronic Science and Technology)

Помимо гомоэпитаксиального роста, гетероэпитаксиальный рост также является эффективным методом выращивания крупногабаритных монокристаллических алмазов. Гетероэпитаксиальный рост подразумевает использование буферных слоев на подложках из Si, сапфира, MgO и других материалов для уменьшения термического и кристаллического несоответствия между алмазом и подложкой, что в конечном итоге позволяет выращивать монокристаллические алмазные пленки. Наиболее эффективным буферным слоем является Ir и др. Теоретически, этот метод позволяет выращивать монокристаллические алмазы достаточно большой площади для удовлетворения потребностей промышленного применения в области электронных устройств. Его основным недостатком является высокая плотность дефектов.

После прорывов в ключевых технологиях, таких как высокоскоростной рост с добавлением азота, высокоэффективный рост с импульсным разрядом и ионно-имплантационное отслаивание в технологии химического осаждения из газовой фазы с использованием микроволновой плазмы (MPCVD), за последние 10 лет был достигнут многонаправленный повторяющийся трехмерный высокоскоростной эпитаксиальный рост методом MPCVD (скорость роста 100 мкм·ч).-1), инновационные технологии, такие как выращивание крупных, толстых и поликристаллических алмазных кромок и использование плазменного химического осаждения из газовой фазы (CVD) в системах (H, C, N, O) в течение 200 часов без образования границ и с непрерывным ростом.

В полупроводниковых приборах на основе алмаза легирование алмазных материалов является основной технологией для создания силовых устройств.Самая большая проблема в коммерциализации алмазных полупроводников заключается в том, что эффективное объемное легирование алмаза до сих пор не решено. Изготовление транзисторов P-типа не представляет сложности, а изготовление транзисторов N-типа – нет..Технология легирования алмаза p-типа относительно зрелая, и основным легирующим элементом являются атомы бора. Для алмаза p-типа примеси бора легко интегрируются в природный алмаз и алмаз, полученный методом MPCVD, и не возникает проблем с ориентацией кристаллов, однако эффективность активации бора при комнатной температуре составляет менее 0.1%. Концентрация легирования и подвижность бора в алмазе имеют взаимосвязь. Чрезмерная концентрация легирования часто приводит к быстрому снижению подвижности. Когда концентрация легирования бором составляет 10,19 cm-3В результате подвижность снизится до 100 см.2·В -1· с-1следующие.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Professor Zhang Jinfeng of Xi'an University of Electronic Science and Technology)

Выбор атома углерода (C) в алмазе основан на его положении в периодической таблице элементов, причем ближайшим к нему является атом азота (N) (0.075 нм), что делает его также перспективным кандидатом для n-типового легирования алмаза. Однако после легирования атомы азота, замещающие атомы углерода в алмазе, деформируются из-за эффекта Яна-Теллера, что приводит к смещению локальной решетки и отклонению атомов азота от замещенного положения. Энергетический уровень легирования очень низок, 1.7 эВ, что затрудняет проведение электричества при комнатной температуре.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Professor Zhang Jinfeng of Xi'an University of Electronic Science and Technology)

С непрерывным развитием технологии алмазных полупроводников в будущем, безусловно, будут преодолены такие узкие места, как технология легирования n-типа, получение крупных и высококачественных монокристаллов, а также технология эпитаксии материалов с высокой плоскостностью и однородностью, что позволит создавать алмазные электронные устройства с более высокими энергетическими характеристиками. Но это неотделимо от неустанных усилий научных исследователей!

силовой диодЗа последние 10 лет прогресс в области CVD-алмазных материалов, таких как большие размеры, низкое содержание дефектов и высокая степень легирования, напрямую способствовал развитию алмазных диодов в направлении высокого напряжения пробоя, высокой напряженности пробоя, низкого сопротивления в открытом состоянии, высокой скорости переключения и работы при высоких температурах. Разрабатываются как диоды Шоттки (SBD), так и pn-переходные диоды, при этом алмазные SBD развиваются быстрее и уже находятся на стадии предварительных экспериментальных применений.

The main reason for the low breakdown voltage of diamond diodes and transistors (less than 500 V) is the difficulty in controlling the doping substances in diamondАлмаз — это материал с самой высокой атомной плотностью на Земле. За исключением нескольких мелких атомов, таких как H, P, N и Si, в его кристаллическую структуру трудно добавить другие крупные атомы.

Алмазный PIN-диодЭто усовершенствованное устройство, подходящее для применения в мощных устройствах, за исключением того, что его критическое электрическое поле составляет 3 МВ·см.-1(SiC theoretical limit), the series resistance of diamond p-i-n diodes can also be significantly reduced by using a heavily doped layer. In the past 10 years, diamond p-i-n diode technology has made great progress, such as breakthroughs in the preparation of heavily doped p+ and n+ layers with transition conduction mechanisms; carrier transport mechanisms of diamond p+-i-n+ junction diodes with low resistance transition conductivity; material structure optimization design of Schottky diamond p-n diodes (SPND); selective growth of n+ Research on the mechanism of the impact of interface defects of layers and p-n junction diodes on reverse leakage; research on reverse recovery and minority carrier lifetime of diamond p-i-n diodes; research on the mechanism of uneven Schottky barrier height of diamond Schottky p-i-n diodes (SPIND) and other key technologies.

Силовые транзисторы и логические схемы

Алмазные транзисторы достигли значительных успехов как в силовой электронике, так и в микроволновой электронике. В области силовой электроники направление развития направлено на получение устройств с высоким напряжением пробоя, высокой напряженностью пробивного поля, работой при высоких температурах, низким сопротивлением в открытом состоянии, высокой скоростью переключения и нормально выключенным состоянием.Транзисторы на основе алмаза в основном состоят из различных типов полевых транзисторов, включаяМеталло-полупроводниковые полевые транзисторы (MESFET), MOSFET и JFETи т. д. Существуют два типа каналов: алмазная поверхность с водородными концевыми группами и двумерный дырочный газ, а также легированный p-типом слой. С развитием n-типа легирующих материалов начали появляться биполярные алмазные устройства, а в последнее время были разработаны гетеропереходные биполярные транзисторы. В области микроволновой электроники водородно-терминированные полевые транзисторы доминируют и развиваются в направлении высоких значений fT/fmax и высокой плотности мощности.

Алмазный MESFET использует барьер Шоттки для модуляции и управления каналом. Технологические достижения последних лет включают: сочетание большого расстояния между затвором и стоком и слаболегированного p-канала, исследования влияния уменьшенного расстояния между затвором и истоком, прохождение экспериментов с облучением нейтронами с энергией 14.8 МэВ, более высокую концентрацию легирования бором и хорошую технологию эпитаксиального слоя канала, а также высокотемпературный отжиг легированного бором алмазного MESFET.

Diamond MOSFETЭто наиболее широко изученный алмазный транзистор, в котором используется структура управления затвором MOS для подавления тока утечки затвора. В последние годы в алмазных MOSFFT-транзисторах доминируют устройства с водородным покрытием канала, и были достигнуты прорывы в ряде ключевых технологий, таких как высокостабильная структура слоя оксида затвора Al2O3.

Для силовых устройств, работающих при высоких напряжениях и высоких температурах, более предпочтительным является JFET-транзистор с алмазным каналом, который более стабилен, чем транзисторы с поверхностным каналом.

Diamond BJTЭто один из основных силовых коммутирующих элементов. По сравнению с алмазными полевыми транзисторами с водородным покрытием, биполярные транзисторы на основе алмаза не имеют диэлектрического слоя затвора, обладают проводимостью поверхности с водородным покрытием и эффектами модуляции проводимости, что позволяет осуществлять инжекцию неосновных носителей заряда, потенциально снижая сопротивление в открытом состоянии. Ключевым параметром силовых биполярных транзисторов является коэффициент усиления тока общего эмиттера, что позволяет усилить ток по сравнению с алмазными полевыми транзисторами и снизить энергопотребление управляющей цепи.

алмазная логическая схемаРазработка логических схем на основе алмазной структуры является первым шагом в развитии интегральных схем на основе алмазной структуры. С развитием улучшенных MISFET-транзисторов на основе алмазной структуры исследования и разработки логических схем на основе алмазной структуры получили мощный импульс.

ВЧ полевой транзисторАлмаз обладает полупроводниковыми свойствами, такими как высокая теплопроводность, высокая напряженность пробивного поля и высокая скорость насыщения носителей заряда. По этой причине высокочастотные и мощные устройства на основе алмаза также являются одним из актуальных направлений исследований в алмазной электронике.

GaN on diamond HEMT:Ковалентные связи между атомами алмаза чрезвычайно прочны, что придает жесткой структуре высокую частоту колебаний. Его характеристическая температура Дебая достигает 2200 К. Рассеяние фононов мало, поэтому сопротивление теплопроводности с использованием фононов в качестве среды чрезвычайно мало. Его теплопроводность в пять раз выше, чем у меди, достигая 2000 Вт/(м·К). Широкозонный полупроводник GaN в микроволновой электронике стал современным основным направлением после почти двух десятилетий развития, и проблемы управления тепловыми процессами стали главным препятствием для его дальнейшего развития. Поэтому сочетание преимуществ теплопроводности сверхширокозонного алмаза и технологии GaN стало неизбежным для разработки следующего поколения GaN микроволновой электроники. Это также обеспечивает основу для дальнейшего развития GaN микроволновой электроники.2O3Предоставьте справочную информацию по вопросам теплового регулирования электронных устройств и т. д. Алмазные материалы могут использоваться в качестве теплоотводящих материалов для силовых электронных устройств и разрабатываются в направлении достижения больших размеров, низкого теплового сопротивления на границе раздела и высокой теплопроводности.

, , ,

С широким распространением полупроводников третьего поколения и наступлением эры 5G традиционные материалы для терморегулирования электронных корпусов и даже материалы для микросхем сталкиваются с огромными проблемами модернизации. Передовые углеродные материалы и их композиты, стремительно развивающиеся в последние годы, будут играть важную роль в области теплоотвода мощных высокочастотных оптоэлектронных устройств и станут идеальными материалами для терморегулирования в электронной промышленности! (Включая материалы для радиаторов, упаковочные материалы, базовые материалы и т. д.).

(Изображение из презентации отчета Carbontech 2020, подготовленной профессором Ван Чэнъюном из Гуандунского технологического университета)

Алмазная подложка для рассеивания тепла в силовых приборах на основе нитрида галлия (GaN):Полная производительность силовых устройств на основе нитрида галлия (GaN) ограничена низкой теплопроводностью подложки, на которую наносится GaN. Алмаз, полученный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) и обладающий высокой теплопроводностью, стал отличным выбором в качестве материала подложки для теплодиффузии в силовых устройствах на основе GaN. Соответствующие исследователи провели ряд технических исследований по сочетанию алмаза с высокой теплопроводностью и GaN-устройств, в основном включающих низкотемпературную технологию соединения, технологию переноса подложки для непосредственного выращивания алмаза на обратной стороне эпитаксиального слоя GaN, технологию эпитаксиального GaN из монокристаллического алмаза и технологию теплоотвода с помощью пассивирующего слоя из алмаза с высокой теплопроводностью.

Прямое выращивание алмаза на обратной стороне эпитаксиального слоя GaN обеспечивает хорошую прочность межфазного соединения, но сопряжено с техническими трудностями, такими как высокая температура, высокое напряжение в подложке и высокое тепловое сопротивление на границе раздела. Технология эпитаксиального GaN на основе монокристаллического алмаза и технология теплоотвода с использованием высокотеплопроводного пассивирующего слоя из алмаза ограничены соответственно малыми размерами, высокой стоимостью и технологической несовместимостью монокристаллического алмаза. Поэтому разработка недорогих алмазных подложек больших размеров, улучшение технологии контроля напряжения в подложке и прочности межфазного соединения, снижение теплового сопротивления на границе раздела и повышение производительности GaN-устройств на алмазных подложках станут приоритетными направлениями будущего развития технологии соединения алмазных и GaN-устройств.

(Picture from Carbontech 2020 report PPT by Professor Zhang Jinfeng of Xi'an University of Electronic Science and Technology)

Diamond packaged semiconductor laser

При работе мощного полупроводникового лазера активная область генерирует большое количество тепла, что снижает выходную мощность лазера и сокращает срок его службы. Алмаз обладает высокой теплопроводностью. Использование его в качестве теплоотводящего элемента улучшит теплоотвод устройства, снизит тепловое сопротивление, увеличит выходную мощность лазера и продлит срок его службы.

Diamond Raman Laser Research:Стимулированное рамановское рассеяние — важный нелинейный оптический эффект. Стимулированное рамановское рассеяние позволяет добиться фиксированного смещения частоты всех падающих фотонов без необходимости фазового согласования. Это важная технология для расширения диапазона использования лазеров. Исследования в этом направлении стали одним из наиболее актуальных направлений в развитии лазерных технологий.

Алмаз, как кристаллический материал для рамановского рассеяния с превосходными характеристиками, обладает наибольшим сдвигом рамановской частоты среди известных кристаллических материалов, составляющим 1332.3 см⁻¹.-1, its Raman gain linewidth is about 1.5 cm at room temperature-1Рамановское усиление алмаза обладает поляризационной селективностью. Когда направление поляризации накачивающего света параллельно направлению <111> алмазного кристалла, его рамановское усиление достигает максимума (10 см/ГВт при 1 мкм), и на выходе получается линейно поляризованный рамановский свет. Алмаз обладает сверхвысокой теплопроводностью, и его сверхбыстрая способность к рассеиванию тепла является ключом к поддержанию высокого рамановского усиления алмазными кристаллами и получению лазерного излучения высокого качества при работе на высокой мощности.

Сравнение обычных кристаллов для лазерной рамановской спектроскопии и алмаза.

В последние годы, благодаря усовершенствованию технологии химического осаждения из газовой фазы, оптическое качество искусственного алмаза значительно улучшилось. Кристаллы алмаза оптического качества также продемонстрировали превосходное увеличение мощности, повышение когерентности и возможности преобразования частоты благодаря своим отличным рамановским и бриллюэновским характеристикам. Это позволило алмазным лазерам значительно преодолеть тепловые эффекты лазеров с инверсией числа частиц, использующих традиционные рабочие материалы, а также трудности балансировки длины волны и выходной мощности.

Подложка для теплоотвода в 3D-упаковке из монокристаллического алмаза:

В то время как следование закону Мура стало общепринятым в отрасли, предложение о дальнейшем уменьшении размеров элементов микросхем, кажется, внесло некоторую ясность в развитие индустрии производства микросхем. В общем, под «дальнейшим уменьшением размеров элементов микросхемы» понимается непрерывное уменьшение размеров элементов в горизонтальном и вертикальном направлениях пластины для повышения плотности, производительности и надежности; использование технологических процессов, таких как 3D-структуры и применение новых материалов, влияющих на электрические характеристики пластины.

(Изображение из презентации отчета Carbontech 2020, подготовленной исследователем из Цзяннаня в Нинбоском институте материалов)

Электронные упаковочные материалы используются для размещения электронных компонентов и их межсоединений. В основном они служат для механической поддержки, герметизации, рассеивания тепла и экранирования. Они оказывают очень важное влияние на производительность и надежность интегральных схем. С развитием электронных технологий интегральные схемы развиваются в направлении сверхбольших размеров, сверхвысокой скорости, высокой плотности, высокой мощности, высокой точности и многофункциональности, что предъявляет все более высокие требования к упаковочным материалам. Исследования и разработки многосистемных высокоэффективных упаковочных материалов, таких как алмаз/медь, алмаз/алюминий, алмаз/карбид кремния, графит/медь и др., имеют большое значение для продвижения развития электронных упаковочных материалов в направлении миниатюризации, высокой производительности, высокой надежности и низкой стоимости.

, , , , ,

Алмазные материалы и технология лазерной обработки:По сравнению с другими материалами, алмаз обладает такими характеристиками, как высокое удельное сопротивление, высокая прочность на пробой, низкая диэлектрическая постоянная и низкое тепловое расширение. Его применение в системах теплоотвода позволяет удовлетворить требования высокоплотной и высокоинтегрированной сборки в быстро развивающейся электронной промышленности. Лазерная обработка позволяет получать высококачественные алмазные микроструктуры. Это передовая технология производства, которая в настоящее время исследуется как в стране, так и за рубежом.

Технология шлифовки и полировки алмазных подложек

К полупроводниковым приборам относятся, в основном, интегральные схемы, силовые приборы, оптоэлектронные устройства и датчики и т. д. Силовые приборы широко используются в аэрокосмической отрасли, военной и оборонной промышленности, энергетике, железнодорожном транспорте и информационном интернете вещей. Полупроводниковая пластина является носителем полупроводникового прибора, а полупроводниковая подложка — носителем полупроводниковой пластины. Подложка представляет собой эпитаксиальную основу полупроводниковых приборов, которая напрямую определяет качество и характеристики прибора.

Ультраточная обработка

Объектами сверхточной обработки обычно являются алмазные материалы малого размера, которые слишком дороги для промышленного производства и не подходят для промышленного применения. Для успешного применения алмаза в системах теплоотвода силовых устройств и достижения промышленного производства ключевым фактором является приобретение крупногабаритных теплоотводящих материалов на уровне пластин с хорошим качеством поверхности. Кроме того, по мере повышения уровня интеграции схем на алмазных подложках требования к качеству поверхности будут постепенно возрастать. Шероховатость поверхности будет достигать уровня ангстремов или даже меньше, а деформация поверхности достигнет 5 мкм или меньше.

Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из журнала "DT Semiconductor Materials", который поддерживает защиту прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, укажите первоисточник и автора перепечатки. В случае обнаружения каких-либо нарушений, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.