Elmas konusuna gelince, bence hayatta birçok insan elmasla ilgili bilgi sahibi değil. Editör bu sektöre girmedi ve elmas hakkındaki bilgim, mükemmel yapısıyla sınırlı (Not: Editör floresan seramik malzemeler konusunda profesyoneldir)....İnsanların kalplerinde derin izler bırakmış, baştan çıkarıcı "elmas" kelimesini değiştirmekte fayda var.

Yüzyıllardır süregelen "elmaslar sonsuza dek kalır" aldatmacası, elmasların yeteneğini gömdü ve onları gereğinden fazla yetenekli hale getirdi. Siz onun zengin bir adam olduğunu düşünüyorsunuz, ama aslında o bir kral.Elmasın endüstriyel alandaki kullanım hacmi, mücevher alanındaki kullanım hacminden çok daha büyüktür.Özellikle geleceğin yüksek hassasiyet gerektiren alanlarında elmas malzemeler büyük potansiyele sahiptir.

In the post-Moore era, the development of carbon-based electronics has received widespread attention. In the field of nanoelectronics, significant progress has been made in carbon-based nanoelectronics research, mainly one-dimensional carbon nanotubes and two-dimensional graphene.In the field of power electronics, research on diamond power electronics, which is known for ending semiconductors, is also showing great vitality, showing its potential to become the next generation of power electronics.

Elmas yarı iletkenin endüstri tarafından en üstün yarı iletken olarak kabul edilmesinin bir nedeni var. Mevcut ana araştırma odağı, elmasın kendi özelliklerine dayanmaktadır.

(Resim, Xi'an Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Zhang Jinfeng'in Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Elmas, 5.5 eV'lik bant aralığı genişliğiyle GaN ve SiC gibi geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerden daha büyük olan ultra geniş bant aralıklı bir yarı iletken malzemedir. Aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi, elmasın bant aralığı genişliği Si'nin 5 katıdır; taşıyıcı hareketliliği de Si malzemesinin 3 katıdır. Teorik olarak, elmasın taşıyıcı hareketliliği, mevcut geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerden (GaN, SiC) 2 kat daha yüksektir. Aynı zamanda, elmasın oda sıcaklığında son derece düşük bir içsel taşıyıcı konsantrasyonu vardır. Dahası, en yüksek sertliğe ek olarak, elmas aynı zamanda yarı iletken malzemeler arasında en yüksek termal iletkenliğe sahiptir ve bu da AlN'nin 7.5 katıdır. Bu mükemmel performans parametrelerine dayanarak, elmas, yeni nesil yüksek güçlü, yüksek frekanslı, yüksek sıcaklıklı ve düşük güç kayıplı elektronik cihazların hazırlanması için en umut vadeden malzeme olarak kabul edilmekte ve endüstri tarafından "nihai yarı iletken" olarak nitelendirilmektedir.

In particular, the 5G communication era is rapidly unfolding, and the application of diamond single crystal materials in semiconductors and high-frequency power devices has become increasingly prominent. Diamond single crystal and products are an important material basis for the implementation of major national strategies such as ultra-precision processing and smart grids, and the upgrading of industrial groups such as intelligent manufacturing and 5G communications. The breakthrough and industrialization of this technology are of great significance to the independent security of China's intelligent manufacturing and big data industries.

bu amaçla, Research directions requiring diamond materialsBüyük boyut, düşük kusur oranı, düşük direnç ve yüksek ısı iletkenliği.gelişim yönü.

Elmas yarı iletken malzemeler ve cihazlar üzerine yapılan güncel araştırmalar esas olarak aşağıdaki hususlara odaklanmaktadır:

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,MPCVD, elektrotsuz deşarj, kirliliksiz ve güçlü epitaksiyel kontrol edilebilirliğe sahip bir yöntemdir. Büyük boyutlu, yüksek saflıkta elmas üretimi ve katkılama araştırmalarında daha belirgin avantajlara sahiptir. Yüksek kaliteli ve çok alanlı uygulamalar için elmas üretiminde tercih edilen yöntemdir..

Gelişmiş MPCVD ekipmanlarının temel teknoloji geliştirme ve pazarlanması açısından Japonya, Amerika Birleşik Devletleri, Almanya ve diğer ülkelerden ekipler lider konumdadır. Bunlar arasında, düz kuvars pencere tipi MPCVD ekipmanı ve CAP tipi MPCVD ekipmanının geliştirilmesi ve uygulanmasında Japonya'nın Seki Şirketi dünyada lider konumdadır ve teknolojik liderliğini sürdürmektedir. Kuvars çan tipi MPCVD ekipmanının geliştirilmesi ve uygulanması açısından ise Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Michigan Eyalet Üniversitesi'nden Asmussen ekibi yüksek basınçlı (>2.4×10) bir ekipman geliştirmiştir.4Pa), yüksek hızlı elmas biriktirme işlemini gerçekleştirmek için yüksek güç yoğunluklu mikrodalga plazma rezonans boşluğunda çalışır.

In terms of the development and application of quartz ring MPCVD devices, the MPCVD produced by Plassys of France and iPlas of Germany is very representative. Among them, iPlas equipment has a microwave slit coupling structure and is suitable for the preparation of large-size diamonds, but the deposition rate is not particularly ideal. In the research and development of ellipsoidal resonant cavity MPCVD equipment, Germany's Fraunhofer Institute and Aixtron have always maintained the world's top level. Compared with quartz bell type or quartz ring type MPCVD equipment, equipment with this structure is suitable for matching microwave power sources with higher power levels, which is beneficial to obtaining a larger area of ​​plasma.Tekdüze, kararlı ve geniş alanlı mikrodalga plazma elde etmek, MPCVD ekipman geliştiricilerinin nihai hedefidir.

Son yıllarda, MPCVD ekipman geliştirme ile ilgili yerli araştırma ekipleri, yeni MPCVD rezonans boşluklarının geliştirilmesinde belirli sonuçlar elde etmiştir. Bununla birlikte, gelişmiş yabancı ekiplerle karşılaştırıldığında, az sayıda yerli şirket veya kurum, büyük ölçekli ticari seri üretime ulaşmanın teknik zorluklarını aşabilmiştir. Bu nedenle,Breakthroughs in key technologies such as the independent optimized design of microwave plasma resonators and the improvement of large-size diamond preparation processes urgently require continued investment and research by relevant domestic teams. There is still a long way to explore in the future.

Yarı iletken bir malzeme olarak elmas tek kristal ve çok kristalli malzemelerin hazırlanma gereksinimleri ve uygulama yönleri oldukça farklıdır.

CVD polikristalin elmas filminin hazırlanma yöntemi, aşağıdakileri içermektedir:Yüksek güçlü DC ark plazma jet CVD, sıcak tel CVD ve MPCVD, vb.Optik ve elektronik sınıfı polikristalin elmas filmlerin hazırlanması, ideal bir biriktirme hızı ve son derece düşük veya kontrol edilebilir kusur yoğunluğu gerektirir. Elektrot kirlenmesi deşarjı olmayan MPCVD, elektronik ve optik sınıfı elmas filmlerin hazırlanması için kaçınılmaz olarak ideal bir yöntem haline gelecektir. Bununla birlikte, polikristalin elmasın büyüme hızı yavaştır ve kristal yöneliminin tutarlılığı işleme için çok önemlidir, bu da işlenmesini zorlaştırır.

Şu anda Element Six, 4 inçlik elektronik sınıfı polikristalin elmasın ticari seri üretimini gerçekleştirmiştir. Pekin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Li Chengming'in ekibi, Wuhan Teknoloji Üniversitesi'nden Wang Jianhua'nın ekibi ve Taiyuan Teknoloji Üniversitesi'nden Yu Shengwang'ın ekibi, optik sınıfı polikristalin elmas filmlerinin MPCVD yöntemiyle hazırlanması üzerine yaptıkları araştırmalarda belirli sonuçlar elde etmişlerdir. Yerli optik sınıfı ve elektronik sınıfı polikristalin elmas filmler ile uluslararası ileri seviye arasında hala bir fark olmasına rağmen, yerli ve üst düzey ekipler tarafından geliştirilen optik sınıfı polikristalin elmas filmler, kızılötesi/radar çift modlu yönlendirme pencereleri ve yüksek güçlü CO2 gibi uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayabilmektedir.2Lazer işleme makineleri ve yüksek güçlü mikrodalga fırın pencereleri için temel uygulama gereksinimleri.

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.

Ayrıca, polikristalin elmasın üretim maliyeti avantajı, tek kristalli elmasa göre daha belirgindir. Son 30 yıldır, yarı iletken cihazlarda ısı dağıtıcı olarak MPCVD polikristalin elmas filmlerinin uygulamasına yönelik araştırmalar hiç durmadan devam etmektedir. Şu anda, inç ölçekli Si tabanlı polikristalin elmas filmler HEMT cihazlarında kullanılmakta ve cihazların RF güç yoğunluğu etkili bir şekilde iyileştirilerek 23 W/mm'nin üzerine çıkmaktadır. Şu anda, hazırlanan ısı dağıtıcı sınıfı polikristalin elmas filmin boyutu 8 inç'e ulaşabilmektedir. MPCVD teknolojisinin geliştirilmesi ve yükseltilmesiyle, mevcut 8 inçlik yarı iletken gofret üretim hattıyla uyumlu hale gelmesi ve nihayetinde yarı iletken malzeme endüstrisinde polikristalin elmas ısı dağıtıcı malzemelerinin büyük ölçekli uygulaması ve yaygınlaştırılmasının gerçekleştirilmesi beklenmektedir.

Tanecik sınırı kısıtlamaları olmayan tek kristalli elmas (SCD), polikristal elmasla karşılaştırıldığında daha iyi optik ve elektriksel özelliklere sahiptir. Kuantum iletişim/hesaplama radyasyon dedektörleri, soğuk katot alan emisyon ekranları, yarı iletken lazerler, süper bilgisayar CPU çipi çok boyutlu entegre devreleri ve askeri yüksek güçlü radar mikrodalga seyahat dalga tüpü termal iletken destek çubukları gibi ileri teknoloji alanlarında olağanüstü uygulama etkilerine sahiptir. Büyük boyutlu ve yüksek kaliteli SCD üretimi bir ön koşuldur.

Elmas levhanın boyutu 2 inçten büyük olmalıdır. Şu anda büyük boyutlu elmas ve levhaların hazırlanmasında kullanılan başlıca teknolojiler şunlardır:Homoepitaxial growth, mosaic wafer preparation and heteroepitaxial growthve diğer teknolojiler.

Mozaik birleştirme yöntemiBüyük boyutlu tek kristal disklerin (SCD) hazırlanması için oldukça uygulanabilir bir yöntem olarak, çoklu homojen alt tabakaların birleştirilmesi ve büyütülmesi, kaldırma teknolojisiyle birleştirildiğinde, büyük boyutlu SCD'lerin hazırlanmasını mümkün kılmıştır. Şu anda, 2 inç'e kadar tek kristal diskler elde edilmiştir. Bununla birlikte, alt tabaka için yüksek homojenlik gereksinimleri ve tane sınırlarının varlığı, birleştirme yerinde gerilim ve kusurlar gibi sorunlara yol açarak, birleştirilmiş SCD levhalarının kalitesini etkiler. Ayrıca, maliyet yüksektir, soyma teknolojisinin enjeksiyonla uygulanması gerekir ve verim çok düşüktür.

(Resim, Xi'an Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Zhang Jinfeng'in Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Yüksek kaliteli sentezleyinhomeepitaksiyelElmas tabakası, elmas elektronik cihazlarının hazırlanmasında önemli teknolojilerden biridir. Düşük kusur yoğunluğuna sahip olup maksimum boyutu 0.5 inç'e (1 inç = 2.54 cm) ulaşabilir. Tek kristal elmasın homoepitaksiyel hazırlanması sürecinde, tek kristal elmasın alt tabakadan nasıl ayrılacağı çok önemli bir aşamadır ve aynı zamanda nispeten zordur. Çünkü alt tabaka da son derece sert tek kristal elmastır ve sıradan kesme yöntemleriyle kesilemez. Yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında mekanik parlatma ve lazer kesim bulunur.

(Resim, Xi'an Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Zhang Jinfeng'in Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Homoepitaksiyel büyümenin yanı sıra, heteroepitaksiyel büyüme de geniş alanlı tek kristal elmas yetiştirmek için etkili bir yöntemdir. Heteroepitaksiyel büyüme, elmas ile alt tabaka arasındaki termal uyumsuzluğu ve kafes uyumsuzluğunu gidermek ve nihayetinde tek kristal elmas filmlerinin büyümesini sağlamak için Si, safir, MgO ve diğer alt tabakalar üzerine tampon katmanların kullanılmasını ifade eder. En etkili tampon katman Ir vb.'dir. Teorik olarak, bu yöntem elektronik cihazlar alanındaki endüstriyel ihtiyaçlarını karşılayacak kadar geniş bir alana sahip tek kristal elmas yetiştirebilir. Başlıca dezavantajı yüksek kusur yoğunluğudur.

Mikrodalga plazma kimyasal buhar biriktirme (MPCVD) büyüme teknolojisinde azot ilavesiyle yüksek hızlı büyüme, darbe deşarjıyla yüksek verimli büyüme ve iyon implantasyonuyla sıyırma gibi temel teknolojilerdeki atılımların ardından, son 10 yılda çok yönlü tekrarlayan üç boyutlu MPCVD yüksek hızlı epitaksiyel büyüme (büyüme hızı 100 μm·saat) elde edilmiştir.-1(H, C, N, O) sistemlerinde 200 saat boyunca sınırsız ve sürekli büyüme sağlayan, büyük boyutlu, kalın ve polikristalin elmas kenarlarının büyümesi ve plazma CVD'nin kullanımı gibi yenilikçi teknolojiler.

Elmas yarı iletken cihazlar için, elmas malzemelerin katkılanması, güç cihazlarının oluşturulmasında temel teknolojidir.Elmas yarı iletkenlerin ticarileştirilmesindeki en büyük sorun, elmasın verimli toplu dopinginin henüz çözülmemiş olmasıdır. P tipi transistörlerin üretimi kolayken, N tipi transistörlerin üretimi zordur..Elmasın p-tipi katkılama teknolojisi nispeten olgunlaşmıştır ve ana katkı maddesi bor atomlarıdır. P-tipi elmas için, bor safsızlıkları doğal elmas ve MPCVD elmasa kolayca entegre edilebilir ve kristal yönelim problemi yoktur, ancak oda sıcaklığında borun aktivasyon verimliliği %0.1'den azdır. Elmas içindeki borun katkılama konsantrasyonu ve hareketliliği arasında bir denge ilişkisi vardır. Aşırı katkılama konsantrasyonu genellikle hareketliliğin hızlı bir şekilde azalmasına yol açar. Bor katkılama konsantrasyonu 10 olduğunda19 cm-3Hareket kabiliyeti 100 cm'ye düşecektir.2·V -1· s-1aşağıdaki.

(Resim, Xi'an Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Zhang Jinfeng'in Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Periyodik tablodaki elmasın C atomunun (kovalent yarıçapı 0.077 nm) konumuna göre seçilen en yakın atom azot (N) atomudur (0.075 nm), bu da onu elmasın n-tipi dopingi için uygun bir aday haline getirir. Bununla birlikte, dopingden sonra, elmastaki C atomlarının yerini alan N atomları, Jahn-Teller etkisi nedeniyle bozulur, bu da yerel kafesin eğilmesine ve N atomlarının yer değiştirdikleri konumdan sapmasına neden olur. Doping enerji seviyesi çok derindir, 1.7 eV, bu da oda sıcaklığında elektrik iletmesini zorlaştırır.

(Resim, Xi'an Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Zhang Jinfeng'in Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

With the continuous development of diamond semiconductor technology, bottlenecks such as n-type doping technology, large-size and high-quality single crystal preparation, and high-flatness and high-uniformity material epitaxy technology will surely be broken through in the future to realize diamond electronic devices with higher power performance. But this is inseparable from the unremitting efforts of scientific researchers!

güç diyotuSon 10 yılda, CVD elmas malzemelerinin büyük boyut, düşük kusur ve yüksek doping açısından gösterdiği ilerleme, elmas diyotların yüksek kırılma gerilimi, yüksek kırılma alan şiddeti, düşük açık direnç, yüksek anahtarlama hızı ve yüksek sıcaklıkta çalışma yönünde gelişimini doğrudan tetiklemiştir. Hem SBD hem de pn eklem diyotları geliştirme aşamasındadır; bunlardan elmas SBD daha hızlı gelişmekte ve halihazırda ön uygulama deney aşamasındadır.

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 diamondElmas, yeryüzündeki en yüksek atom yoğunluğuna sahip malzemedir. H, P, N ve Si gibi birkaç küçük atom dışında, kristal yapısına başka büyük atomlar eklemek zordur.

Elmas pim diyotYüksek güç uygulamaları için uygun, gelişmiş bir cihazdır; ancak kritik elektrik alanı 3 MV·cm'dir.-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.

Güç transistörleri ve mantık devreleri

Elmas transistörler hem güç elektroniği hem de mikrodalga elektroniği alanlarında ilerleme kaydetmiştir. Güç elektroniği alanında, geliştirme yönü yüksek kırılma gerilimi, yüksek kırılma alan şiddeti, yüksek sıcaklıkta çalışma, düşük açık direnç, yüksek anahtarlama hızı ve normalde kapalı cihazlara doğrudur.Elmas transistörler esas olarak çeşitli FET türlerinden oluşur, bunlar arasında şunlar yer alır:Metal Yarı İletken Alan Etkili Transistörler (MESFET'ler), MOSFET'ler ve JFET'leretc. 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.

Elmas MESFET, kanalı modüle etmek ve kontrol etmek için Schottky bariyerini kullanır. Son yıllardaki teknolojik gelişmeler arasında şunlar yer almaktadır: geniş kapı-drenaj aralığı ve hafifçe katkılı p-kanalın birleşimi, azaltılmış kapı-kaynak aralığının etkisi üzerine araştırmalar, 14.8 MeV nötron ışınlama deneylerinden geçme, daha yüksek bor katkı konsantrasyonu ve iyi yüzey epitaksiyel kanal katmanı teknolojisi ve bor katkılı elmas MESFET'in yüksek sıcaklıkta tavlanması.

Elmas MOSFETEn çok incelenen elmas transistör türüdür ve kapı kaçak akımını bastırmak için MOS kapı kontrol yapısını kullanır. Son yıllarda, elmas MOSFFT'ler hidrojenle sonlandırılmış kanal cihazlarının hakimiyetinde olmuş ve son derece kararlı Al2O3 kapı oksit tabakası yapısı gibi bir dizi önemli teknolojide atılımlar gerçekleştirmiştir.

For applications of power devices operating at high voltages and high temperatures, the diamond body channel device JFET, which is more stable than surface channel devices, is more advantageous.

Elmas BJTBaşlıca güç anahtarlama cihazlarından biridir. Hidrojenle sonlandırılmış elmas FET'lerle karşılaştırıldığında, elmas tabanlı BJT'lerde kapı dielektrik tabakası, hidrojenle sonlandırılmış yüzey iletkenliği ve azınlık taşıyıcı enjeksiyonunu sağlayabilen iletkenlik modülasyon etkileri bulunmaz, bu da potansiyel olarak daha düşük açık dirençle sonuçlanır. Güç BJT'lerinin önemli bir parametresi, ortak emitör akımının yükseltme faktörüdür; bu faktör, elmas FET'lere kıyasla akım yükseltmesi sağlayarak sürücü devresinin güç gereksinimlerini azaltır.

elmas mantık devresi: The development of diamond logic circuits is the first step in the development of diamond ICs. With the development of enhanced diamond MISFETs, the research and development of diamond logic circuits has been driven.

RF FETElmas, yüksek ısı iletkenliği, yüksek kırılma alanı dayanımı ve yüksek taşıyıcı doyma hızı gibi yarı iletken özelliklere sahiptir. Bu nedenle, elmas yüksek frekanslı ve yüksek güçlü cihazlar da elmas elektroniğinin araştırma alanlarından biridir.

GaN elmas üzerinde HEMT:Elmas atomları arasındaki kovalent bağlar son derece güçlüdür ve bu da sert yapıya yüksek titreşim frekansı kazandırır. Debye karakteristik sıcaklığı 2200 K'ye kadar ulaşır. Fonon saçılması küçüktür, bu nedenle fononları ortam olarak kullanan ısı iletimine direnç son derece düşüktür. Isı iletkenliği bakırın beş katıdır ve 2000 W/(m·K)'ye kadar ulaşır. Geniş bant aralıklı yarı iletken GaN mikrodalga elektroniği, yaklaşık yirmi yıllık geliştirme sürecinin ardından günümüzün ana akımı haline gelmiştir ve termal yönetim sorunları, daha fazla gelişmesinin önündeki en büyük engel olmuştur. Bu nedenle, ultra geniş bant aralıklı elmasın ve GaN teknolojisinin ısı iletkenliği avantajlarının birleşimi, yeni nesil GaN mikrodalga elektroniğinin geliştirilmesi için kaçınılmaz hale gelmiştir. Ayrıca, GaN mikrodalga elektroniğinin devam eden gelişimi için de bir temel oluşturmaktadır.2O3Elektronik cihazların termal yönetimi vb. için referans sağlayın. Elmas malzemeler, güç elektroniği cihazları için termal yönetim malzemesi olarak kullanılabilir ve büyük boyut, düşük arayüz termal direnci ve yüksek termal iletkenlik yönünde geliştirilmektedir.

. . .

Üçüncü nesil yarı iletkenlerin yaygın kullanımı ve 5G çağının başlamasıyla birlikte, geleneksel elektronik paketleme termal yönetim malzemeleri ve hatta çip malzemeleri, yükseltme konusunda büyük zorluklarla karşı karşıya kalmaktadır. Son yıllarda hızla gelişen gelişmiş karbon ve kompozit malzemeleri, yüksek güçlü, yüksek frekanslı optoelektronik cihazların ısı dağıtımı alanında önemli bir rol oynayacak ve elektronik endüstrisinde ideal termal yönetim malzemeleri haline gelecektir! (Isı emici malzemeler, paketleme malzemeleri, taban malzemeleri vb. dahil).

(Resim, Guangdong Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Wang Chengyong'un Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Diamond heat dissipation substrate in GaN-based power devices:Galyum nitrür (GaN) tabanlı güç cihazlarının tam performansı, GaN'nin biriktirildiği alt tabakanın düşük termal iletkenliği ile sınırlıdır. Yüksek termal iletkenliğe sahip kimyasal buhar biriktirme (CVD) elmas, GaN güç cihazları için termal difüzyon alt tabaka malzemeleri arasında mükemmel bir seçim haline gelmiştir. İlgili bilim insanları, yüksek termal iletkenliğe sahip elmas ve GaN cihazlarının birleşimi üzerine bir dizi teknik çalışma yürütmüştür; bunlar başlıca düşük sıcaklıkta bağlama teknolojisi, GaN epitaksiyel tabakasının arkasına doğrudan elmas büyütme için alt tabaka transfer teknolojisi, tek kristal elmas epitaksiyel GaN teknolojisi ve yüksek termal iletkenliğe sahip elmas pasivasyon tabakası ısı dağıtım teknolojisini içermektedir.

GaN epitaksiyel tabakasının arkasına doğrudan elmas büyütmek, iyi bir arayüz bağlama mukavemetine sahip olsa da, yüksek sıcaklık, yüksek gofret gerilimi ve yüksek arayüz termal direnci gibi teknik zorluklar içermektedir. Tek kristal elmas epitaksiyel GaN teknolojisi ve yüksek termal iletkenliğe sahip elmas pasivasyon tabakası ısı dağıtım teknolojisi, sırasıyla tek kristal elmasın küçük boyutu, yüksek maliyeti ve işlem uyumsuzluğu ile sınırlıdır. Bu nedenle, düşük maliyetli büyük boyutlu elmas alt tabakalar geliştirmek, gofret gerilimi kontrol teknolojisini ve arayüz bağlama mukavemetini iyileştirmek, arayüz termal direncini azaltmak ve elmas alt tabaka GaN cihazlarının performansını iyileştirmek, elmas ve GaN cihaz bağlama teknolojisinin gelecekteki gelişiminin odak noktası olacaktır.

(Resim, Xi'an Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Zhang Jinfeng'in Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Diamond packaged semiconductor laser

When a high-power semiconductor laser is working, the active area will generate a large amount of heat, which will reduce the output power of the laser and shorten its service life. Diamond has high thermal conductivity characteristics. Using it as a transition heat sink will improve the heat dissipation capacity of the device, reduce thermal resistance, increase laser output power, and extend laser life.

Elmas Raman Lazer Araştırması:Uyarılmış Raman saçılımı önemli bir doğrusal olmayan optik etkidir. Uyarılmış Raman saçılımı, faz eşleşmesine gerek kalmadan tüm gelen fotonların sabit bir frekans kaymasını sağlayabilir. Lazerlerin kullanım bant aralığını genişletmek için önemli bir teknolojidir. Bu yöndeki araştırmalar, lazer teknolojisinin geliştirilmesinde önemli bir odak noktası haline gelmiştir.

Mükemmel performansa sahip bir kristal Raman malzemesi olan elmas, bilinen kristal malzemeler arasında 1332.3 cm'lik en büyük Raman frekans kaymasına sahiptir.-1Oda sıcaklığında Raman kazanç çizgi genişliği yaklaşık 1.5 cm'dir.-1Elmasın Raman kazancı polarizasyon seçiciliğine sahiptir. Pompa ışığının polarizasyon yönü elmas kristalinin <111> yönüne paralel olduğunda, Raman kazancı maksimumdur (10 cm/GW@1 μm) ve doğrusal polarize Raman ışığı çıkışı elde edilir. Elmas, ultra yüksek termal iletkenliğe sahiptir ve ultra hızlı ısı dağıtım yeteneği, elmas kristallerinin yüksek Raman kazancını koruması ve yüksek güçte çalışma altında yüksek ışın kalitesinde lazer çıkışı elde etmesinin anahtarıdır.

Comparison between common laser Raman crystals and diamond

Son yıllarda, kimyasal buhar biriktirme teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, yapay elmasın optik kalitesi hızla iyileştirilmiştir. Optik sınıf elmas kristalleri, mükemmel Raman ve Brillouin özellikleriyle birlikte, mükemmel güç artışı, tutarlılık geliştirme ve frekans dönüştürme yetenekleri de göstermiştir. Bu durum, elmas lazerlerin, geleneksel çalışma malzemelerine dayalı parçacık sayısı ters çevirme lazerlerinin termal etkilerinin yanı sıra dalga boyu ve çıkış gücü arasındaki denge zorluğunu da büyük ölçüde aşmasını sağlamıştır.

Tek kristal elmas 3D ambalaj ısı dağıtım alt tabakası:

Moore Yasası'nın sektörde kabul görmesiyle birlikte, More Moore önerisi çip üretim endüstrisinin gelişimine yeni bir ivme kazandırmış gibi görünüyor. Genel olarak More Moore, çip özellik boyutlarının sürekli olarak küçültülmesini ifade eder ve iki yönü içerir: yoğunluğu, performansı ve güvenilirliği artırmak için yonga levhasının yatay ve dikey yönlerinde özellik boyutunun sürekli olarak küçültülmesi; yonga levhasının elektriksel performansını etkilemek için 3D yapılar ve yeni malzemelerin kullanımı gibi işlem teknolojilerinin kullanılması.

(Resim, Ningbo Malzeme Enstitüsü'nden Jiangnan araştırmacısının Carbontech 2020 raporundan (PPT) alınmıştır.)

Elektronik ambalaj malzemeleri, elektronik bileşenleri ve bunların ara bağlantılarını taşımak için kullanılır. Başlıca mekanik destek, sızdırmazlık koruması, ısı dağıtımı ve kalkanlama işlevlerini yerine getirirler. Entegre devrelerin performansı ve güvenilirliği üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptirler. Elektronik teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, entegre devreler ultra büyük ölçekli, ultra yüksek hızlı, yüksek yoğunluklu, yüksek güçlü, yüksek hassasiyetli ve çok fonksiyonlu hale gelmekte olup, bu da ambalaj malzemelerine yönelik gereksinimleri giderek artırmaktadır. Elmas/bakır, elmas/alüminyum, elmas/silisyum karbür, grafit/bakır vb. gibi çok sistemli yüksek performanslı ambalaj malzemelerinin araştırma ve geliştirilmesi, elektronik ambalaj malzemelerinin minyatürleştirme, yüksek performans, yüksek güvenilirlik ve düşük maliyet yönünde gelişimini teşvik etmede büyük önem taşımaktadır.

. . . . .

Elmas malzemeler ve lazer işleme teknolojisi:Elmas, diğer malzemelerle karşılaştırıldığında yüksek direnç, yüksek kırılma alanı dayanımı, düşük dielektrik sabiti ve düşük termal genleşme özelliklerine sahiptir. Isıl yönetimdeki uygulaması, hızla gelişen elektronik endüstrisindeki yüksek yoğunluklu ve yüksek entegrasyonlu montaj geliştirme gereksinimlerini karşılayabilir. Lazer işleme, elmas mikro yapılarının yüksek kaliteli işlenmesini sağlayabilir. Bu, şu anda yurt içinde ve yurt dışında araştırılan gelişmiş bir üretim teknolojisidir.

Elmas alt tabaka taşlama ve parlatma teknolojisi

Yarı iletken cihazlar esas olarak entegre devreler, güç cihazları, optoelektronik cihazlar ve sensörler vb. içerir. Güç cihazları havacılık, askeri ve ulusal savunma, enerji, demiryolu taşımacılığı ve Nesnelerin İnterneti gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yarı iletken levha, yarı iletken cihazın taşıyıcısıdır ve yarı iletken alt tabaka, yarı iletken levhanın taşıyıcısıdır. Alt tabaka, yarı iletken cihazların epitaksiyel tabanıdır ve cihazın kalitesini ve performansını doğrudan belirler.

Ultra hassas işleme

Ultra hassas işleme nesneleri genellikle küçük boyutlu elmas malzemelerdir; bu da endüstrileşme için çok maliyetlidir ve endüstriyel uygulamaya elverişli değildir. Elmasın güç cihazlarının ısı dağıtımında başarılı bir şekilde uygulanması ve endüstrileşmesi için, iyi yüzey kalitesine sahip büyük boyutlu wafer seviyesinde ısı dağıtım taban malzemelerinin elde edilmesi çok önemlidir. Ayrıca, elmas alt tabakalarda devre entegrasyon seviyesi arttıkça, yüzey kalitesi gereksinimleri de giderek artacaktır. Yüzey pürüzlülüğü angstrom seviyesine veya daha da küçük boyutlara ulaşacak ve yüzey eğrilmesi 5 μm veya daha küçük boyutlara ulaşacaktır.

Yasal Uyarı: Bu makale, fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekleyen "DT Semiconductor Materials" kaynağından yeniden yayınlanmıştır. Yeniden yayınlarken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.