金刚石热沉片在功率器件热管理中的应用

所有电力电子设备在正常运行时都会产生大量热量，，更快的开关频率和更高的电流密度意味着更大量的热循环
。
。芯片异质结结温升高，，会降低漏极电流，，，，影响器件性能。。
。。随着电流密度的增加，，，，由于器件运行产生的自热效应，，，通道温度会比环境温度高出几百度。。
。
。自热效应会导致器件性能恶化甚至烧毁金属线
，，是降低器件寿命和可靠性的关键因素之一
。。。
。

如图所示，，图中对比了硅
、、、
、碳化硅及氮化镓的材料性能。。。可以看出
，，氮化镓相对于碳化硅最大的缺点是热传导能力不足。。而GaN HEMT 瞬态升温曲线的测量结果，，，
，揭示了HEMT垂直方向的散热路径，，并证明此路径由芯片连接材料及封装体本身为主导
。。。因此需要更多区别于传统封装的手段来满足高频功率器件。。。。

一种高导热、、、、电绝缘的衬底是氮化镓高功率晶体管的理想衬底，，，如图所示为几种衬底材料的热导率。。。 由图可知，，，，金刚石单晶的热导率最高，，，，相比之下传统的 Si 或 SiC 衬底作为热沉衬底，，，虽能起到散热的作用，，，但两者的热导率( Si衬底热导率 191 W/( m·K) 
，，，，SiC热导率 490 W/( m·K)) 较低
，，散热效果欠佳。
。。。通过化学气相沉积得到的多晶金刚石热导率可达 1500 W/( m·K) ，，是 SiC 的 3 倍之多，，，，并且绝缘性能较好，
，，，因此使用金刚石作为衬底可以有效解决HEMT的散热问题。。。

HEMT 主要的热源在2DEG层产生，，热点在栅极靠近漏极一侧，，，所以金刚石层越靠近有源区沟道层，
，散热效果越好，，，，如图所示为HEMT热点位置及散热路径。。 

采用ANSYS进行有限元建模，，比较了GaN-on-Diamond 和行业内标准 GaN-on-SiC 的热性能，，，，结果如图18所示，，在3倍的功耗下，，，新型 GaN-on-Diamond 器件的最大结温为 244 ℃，，，相比GaN-on-SiC器件降低了16 ℃
。。。

目前金刚石与 GaN HEMT集成用于解决器件散热的研究中，
，，较多的技术是将制备完成的 GaN HEMT从原有衬底上剥离下来
，
，，，转移键合到金刚石衬底上。
。。转移键合的方法与直接金刚石生长技术相比，
，，，在灵活性方面具有显著优势。
。将 GaN HEMT从主体 SiC 衬底上剥离下来，，然后通过低温键合工艺(小于150℃) 将其转移到多晶CVD金刚石衬底上
，
，，得到的GaN-on-Diamond HEMT在10 GHz(CW)下，，，直流电流密度为 1.0 A/mm，
，，，跨导为 330 mS /mm，，，射频输出功率密度为6.0 W/mm。
。。通过有限元热模型分析表明，，与传统的 GaN-on-SiC器件相比，，，，其单位面积功率提高了3倍。。。

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、
、
、
、金刚石热沉片、、金刚石窗口片、、、、金刚石基复合衬底)、、单晶金刚石(热学级、、光学级、、电子级、
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，赋能高端工业化应用，
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