高導(dǎo)熱GaN/金剛石結(jié)構(gòu)制備及器件性能研究

近日，第九屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇&第二十屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇在廈門國(guó)際會(huì)議中心召開。期間“超寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)技術(shù)“分會(huì)上，中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十六研究所工程師孫杰帶來(lái)了“高導(dǎo)熱GaN/金剛石結(jié)構(gòu)制備及器件性能”的主題報(bào)告，分享了GaN/金剛石研究進(jìn)展以及46所研究現(xiàn)狀。

金剛石材料因具有超寬禁帶、高載流子遷移率、高飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是終極半導(dǎo)體材料，已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。有望為微波功率和高頻電子器件性能提升提供新的空間，發(fā)展金剛石半導(dǎo)體材料關(guān)系到高頻、高功率系統(tǒng)的更新?lián)Q代。金剛石多晶散熱片已經(jīng)在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)處于上升期。

隨著功率器件逐漸邁進(jìn)高頻、高功率，GaN器件熱積累越來(lái)越明顯。GaN作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的典型代表，具有高的電子飽和速度，高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，非常適用于高頻、高功率微波功率器件，在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，如5G通訊、雷達(dá)等高頻高功率領(lǐng)域。

由于結(jié)處熱效應(yīng)，GaN器件目前只能發(fā)揮20%~30%的理論性能，其優(yōu)異的性能遠(yuǎn)未得到發(fā)揮，傳統(tǒng)的Si、SiC等襯底無(wú)法滿足GaN器件散熱需求。功率密度的提升可以顯著提升雷達(dá)的探測(cè)距離，提升通訊衛(wèi)星的傳輸速率。

46所研究方面，目前已經(jīng)能夠獲得13mm×13mm的GaN/金剛石復(fù)合結(jié)構(gòu)樣品，并具備2英寸GaN/金剛石樣品研制能力（注：目前獲得的GaN/金剛石結(jié)構(gòu)均保留10-20μm碳化硅襯底，后期要去除全部碳化硅）

報(bào)告指出，GaN/金剛石技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)射頻和功率器件的發(fā)展意義重大。金剛石&氮化鎵的結(jié)合，被認(rèn)為是支撐未來(lái)高功率射頻和微波通信、 宇航和軍事系統(tǒng)以及5G和6G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和更復(fù)雜的雷達(dá)系統(tǒng)的核心技術(shù)。貝哲斯咨詢對(duì)金剛石襯底上GaN的行業(yè)市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：2022年，全球金剛石襯底上的GaN市場(chǎng)容量為124.76億元；預(yù)計(jì)，全球金剛石襯底上的GaN市場(chǎng)規(guī)模將以2.04%的CAGR增長(zhǎng)，2028年達(dá)140.94億元。

審核編輯：劉清