隨著GaN(氮化鎵）在高功率和高頻率領(lǐng)域廣泛應用，氮化鎵功率密度已接近極限值，要提升芯片功率，兼顧降低熱阻，必須要有全新的散熱方案，金剛石和氮化鎵結(jié)合因此備受關(guān)注。當前金剛石和氮化鎵有三種主流方式：將金剛石鍵合到 GaN 晶片或直接鍵合到 HEMT 器件；在單晶或多晶金剛石襯底上生長 GaN 外延；在 GaN 的正面或背面上生長納米晶或多晶金剛石。化合積電一直潛心攻關(guān)金剛石和氮化鎵結(jié)合的核心技術(shù)難題，三種結(jié)合方案都取得了成功，近日在 GaN 上生長多晶金剛石更是取得了全新突破。
金剛石襯底GaN相較于傳統(tǒng)襯底GaN HEMT器件穩(wěn)定性和可靠性更高。據(jù)Group4 Labs研究表明，將金剛石襯底GaN界面熱阻（TBR）降低后，在RF模式下實現(xiàn)了3.87倍于傳統(tǒng)SiC襯底GaN?器件功率密度，且工作熱點溫度降低了40-50％。
常見材料物理特性對比
在GaN表面生長金剛石的穩(wěn)定性和散熱能力等問題都已得到解決，隨之而來的問題是，如果金剛石與GaN之間的界面熱阻不能得到有效降低的話，則金剛石襯底GaN器件的散熱性能將不能夠得到有效發(fā)揮，因此如何優(yōu)化GaN／金剛石的界面熱阻（TBR）成為重點。
界面熱阻取決于形核層質(zhì)量、保護層厚度等，并且更薄的保護層和最優(yōu)的生長和成核技術(shù)會降低金剛石和GaN之間的界面熱阻。化合積電采用SiN（氮化硅）作為GaN的保護層，實現(xiàn)了GaN零損傷，與此同時，作為保護層的SiN損傷＜5nm，有效降低了界面熱阻。
直接在GaN上沉積金剛石，除了散熱能力方面體現(xiàn)出極為突出的優(yōu)勢，還具有界面結(jié)合強度高，界面不存在類似鍵合導致的界面結(jié)合不均勻性和鍵合孔洞現(xiàn)象等優(yōu)勢。研究表明，相較于鍵合技術(shù)獲得的金剛石基GaN的最低TBR（35m2K/GW），該技術(shù)可以使界面熱阻降到更低（6.5m2K/GW）。因此，該技術(shù)在高功率RF/毫米波晶體管和單模可見光半導體激光器的應用潛力巨大。
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