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鑽石(金剛石)熱沉片與襯底片在氧化鎵與氮化鋁功率晶片上用途與規格:
核心區分:單/多鑽石(金剛石)熱沉片直接鍵合在氧化鎵、AlN外延片下;多晶鑽石(金剛石)外延直接生長在基底(氧化鎵、AlN)
一、鑽石熱沉片(單/多晶CVD為主)
用途
1. 氧化鎵Ga₂O₃功率晶片
氧化鎵本征熱導率極低(≈9 W/mK),高壓器件焦耳熱極易造成熱擊穿;鑽石熱沉片直接鍵合貼在Ga₂O₃晶片背面,做晶片級擴熱,快速把熱點熱量匯出到水冷/微通道基板;適合分立高壓二極體、功率MOS、高壓開關。
特點:工藝簡單,存在少量介面熱阻,直接消除Ga₂O₃內部熱積累 。
2. AlN氮化鋁功率晶片(AlN基功率/射頻器件)
AlN器件本身導熱優於氧化鎵,但高頻大功率工況(深紫外、高壓射頻)熱流密度極高;鑽石熱沉作為AlN晶片背面鍵合載片,可降低結溫,提升功率密度與可靠性;用於AlN薄膜器件散熱。
標準規格(單/多晶CVD熱沉片)
- 熱導率:1600–2200 W/m·K;
- 尺寸:方形10×10mm、15×15mm、20×20mm;晶圓片2/4/6英寸,可定制切割;
- 厚度:100μm、200μm、300μm、500μm(常用200–300μm);
- 表面拋光:單面CMP,Ra<1nm;
- 電阻率:>10¹³ Ω·cm,絕緣,避免器件漏電;
- CTE:1.0×10⁻⁶/K,降低與晶片之間熱應力。
二、鑽石薄膜(高導熱多晶CVD)
用途
1. 氧化鎵Ga₂O₃功率晶片(Diamond-on-Ga₂O₃異質集成)
直接在β-Ga₂O₃襯底上長多晶鑽石薄膜,器件熱源直導熱在超高導熱多晶鑽石薄膜上,從根源大幅降低介面熱阻,相比Ga₂O₃在藍寶石/SiC上,結溫降幅可達上百度,適合超高功率、高電流密度Ga₂O₃射頻/功率器件;當前處於中試、樣品驗證階段,產業化難度高
2. AlN氮化鋁功率晶片(Diamond-on-AlN)
在AlN襯底上長多晶鑽石薄膜,鑽石作為高導熱薄膜;AlN同時充當勢壘層/緩衝層,用於深紫外器件、高頻AlN基功率器件;解決純AlN襯底導熱不足的瓶頸,目前屬於前沿研發樣品階段。
標準規格(鑽石襯底片,外延級)
- 熱導率:1200–1600W/m·K;
- 尺寸:目前主流1英寸、2英寸、4英寸與6英寸研發樣片;
- 厚度:300–500μm;
- 表面拋光:單面超精CMP,Ra<1nm;
- 晶格品質:表面潔淨度滿足多晶金剛石生長;
- 電阻率:絕緣級,防止器件漏電。