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下一代器件的新选择:Ge与金刚石热沉片异质集成!!!!

时间:2023-06-08浏览次数:1041

Ge 作为半导体器件材料具有优异的性能,,,,包括电子和空穴迁移率分别比 Si 高 2.5 倍和 3.5 倍[1]。。但其导热系数比硅低0.4倍,,,,器件产生的热量难以散发。。。。为了有效散热,,, Ge 基板与金刚石热沉片直接异质集成,,,可提大提升半导体器件的散热性能。。


对于 Ge/金刚石集成,,,,表面激活键合是一个可能的候选者。。。。同时,,,,该过程需要超高真空条件,,阻碍了广泛应用。。。。亲水键合是 Ge/金刚石集成的另一种方法,,,,因为它允许在大气压下进行低温键合。。。据报道,,,,金刚石散热基板可以使用这种方法在~200°C 下与其他材料结合,,,,包括 Si 和 Ga 2 O 3基板。。然而,,,尚未证明 Ge 和金刚石基板的直接结合。。。


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Ge(100)衬底:将Crystal Base Co.,,,,Ltd.制造的抛光衬底使用反应离子蚀刻设备(SAMCO的Compact Etcher FA-1)产生的O 2等离子体(100W)活化30秒。。。。


金刚石(111)基板:将研磨基板在75℃的APM(H 2 O∶H 2 O 2 ∶NH 3=5∶1∶1)中浸渍15分钟。。


在两种基材的 OH 终止工艺之后,,,使用双流体清洁剂清洁表面以防止颗粒交叉污染,,,,最后使用 N 2鼓风机干燥。。。。金刚石 (111) 基板放置在 Ge (100) 基板上。。为了去除键合界面处的水分子,,,,将基板以3MPa的键合载荷干燥两天。。。。然后,,,,为了促进脱水缩合反应,,,将基板在200℃下退火2小时。。。


然后使用管芯剪切测试仪(来自 Nordson DAGE 的 4000Plus)测量粘合强度作为粘合评估。。。


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图 2显示了结合到 Ge 基板表面的金刚石基板的图像。。。。由于金刚石基板是透明的,,,因此在接合界面存在间隙的地方可以观察到干涉条纹(牛顿环)。。。然而,,,图 2显示几乎观察不到干涉条纹。。。。


使用芯片剪切测试仪测量粘合强度,,,剪切应力为 7.99 MPa (7.33 kgf)。。如图 3所示,,,,其中一个键合试样在 Ge 衬底中断裂。。军用标准(MIL-STD-883E,,,微电路测试方法标准)要求 3 平方毫米的电子元件的剪切强度超过 1 kgf;键合的 Ge 和金刚石衬底满足这一标准。。。


为了克服Ge器件的散热问题,,,,我们展示了使用亲水键合方法直接键合Ge衬底和金刚石散热衬底。。在 Ge 和金刚石基板之间获得了无空隙和牢固的结合。。。这种直接键合提高了锗器件的散热性,,,有助于下一代新器件的实现。。


尊龙时凯致力于金刚石半导体材料的研究和开发,,,,目前就异质集成方面,,,,金刚石与硅、、氮化镓、、、砷化镓等晶圆异质集成已有成熟方案,,,,可提供晶圆级金刚石热沉片、、、金刚石基氮化铝、、金刚石镀金属膜等产品和服务。。。。

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