近日，大阪市立大学（Osaka City University）、东北大学、Air Water通过对金刚石键合的氮化镓（GaN）进行热处理，成功制造出晶体管，并进行散热，宣布显示了性能的提高。

该成果由大阪市立大学大学院工学研究科的梁剑波副教授和重川直树教授、东北大学材料研究所的大野弘教授、永井康介教授和材料与材料研究机构共同完成。Yasuo Shimizu 博士（研究时）和 Air Water 的 Keisuke Kawamura 博士的联合研究团队。详细信息发表在有关应用物理学的学术期刊《应用物理快报》上。

与传统的 Si 晶体管相比，GaN 晶体管可以在更高的输出和更高的频率下工作，因此需要开发更有效的散热方法以防止晶体管劣化和器件寿命缩短。作为一种方法，正在进行研究和开发，目的是实现使用金刚石作为散热材料的“金刚石上氮化镓”结构。但是，大部分的研究和开发都是“器件优先”，其中晶体管在制造后与金刚石结合，因此难以增加面积。

在这种情况下，研究团队在 2021 年 9 月报告称，他们成功地直接键合了 GaN 和金刚石，并证实通过高达 1000°C 的热处理保持键合。然而，当时还不能用与金刚石键合的 GaN 层来制造晶体管，并不能证明改善散热的效果。

因此，本研究将沉积在Si衬底上的8μm厚的GaN层/碳化硅（3C-SiC）缓冲层（1μm厚）与Si衬底分离，通过表面活化键合的方法与金刚石键合。挑战。采用“先键合”方法制造 GaN 晶体管，该方法包括键合后在 800°C 的热处理，并使用高质量的 SiC 层，即使在晶体管制造后也不会发生薄膜剥离。证实了良好的键合可以实现。

此外，为了比较特性，与在 Si 基板上制造的相同形状的 GaN 晶体管进行比较时，在金刚石结中施加相同功率时的温升降低到约 1/3，并且散热。表明特性得到改善，这反过来又改善了晶体管特性。

研究团队解释说，这种方法可以增加金刚石上GaN的面积，预计使用范围将扩大到雷达和逆变器等高输出和大功率应用。

本文来源：磨料磨具