技术革新：金刚石衬底助力GaN器件突破性能瓶颈

GaN在雷达、、、、5G通信、、、航空航天等领域应用广泛，，，但随着GaN HEMT器件持续向更大功率、、、更高效率发展，，低热耗散能力已成为制约器件性能提升的重要因素。。。。目前常用的GaN 器件衬底材料蓝宝石、
、
、、Si和SiC等热导率较低( 40～400 W/m ·K ) ，，难以满足高功率条件下的散热需求，
，，严重限制了 GaN 器件的性能。。
。金刚石材料的热导率可达2200W/（m·K），，是SiC的4倍，，，，Si的13倍，，，研究表明，，，通过将金刚石与大功率器件GaN HEMT进行异质集成，，，，可有效解决现有SiC/Si衬底GaN HEMT器件的散热瓶颈。。。。

得益于金刚石衬底更高的热导能力，
，， 在相同尺寸下可以制造具有更大功率密度的 GaN 基功率器件，，
，可显著减少相控阵芯片、
、
、、固态功率放大器、、
、宽带通信芯片的尺寸，
，，，缩减成本，
，，，并提升其效率和可靠性，
，在众多大功率应用领域展现出巨大潜力。。
。

不同衬底材料在不同温度下热导率对比

一、
、
、、金刚石衬底和SOI（Silicon-On-Insulator）衬底的HEMT器件性能对比

通过键合工艺将GaN转移至高热导率的多晶金刚石衬底上，，，，从漏极电流退化情况、、
、功率特性、、、、结温变化等数据可知
，，，，金刚石衬底HEMT器件表现出更好的散热能力，，高温退化现象明显减缓
，，功率提升达到40.12%，，，结温降低83.9℃，
，，
，热效应及可靠性得到较明显改善。
。。

漏极电流高温退化情况     

功率特性变化 

 结温变化

 二
、、金刚石衬底和SiC衬底HEMT器件性能对比

传统基于半绝缘SiC衬底的GaN HEMT综合了AlGaN/GaN异质结的高输运特性和半绝缘SiC衬底的高导热特性两方面优势，
，
，，在高频、、、高功率
、、
、、高效率以及宽带应用方面表现出显著的性能优势。。但受限于散热，，，，基于SiC衬底的GaN微波器件输出功率密度普遍不到10W/mm，，，性能还有巨大提升空间，，散热问题成了制约GaN器件输出功率密度提升的瓶颈。。。。

研究表明，
，对于相同的功率密度，，，金刚石上的 GaN 可以使通道温度较于GaN-on-SiC至少降低 40%，，
，这将使器件寿命增加约 10 倍
。。。。在不同衬底上运行的GaN晶体管耗散相同功率的红外图像显示，，GaN-on-Diamond是其中工作温度最低的，，因为衬底和栅极之间的温升降低了，，，可以用于在更热的环境温度下工作。。。。

 相同的功率密度通道温度

 不同衬底上运行的GaN晶体管耗散相同功率的红外图像

三、
、、、金刚石基 GaN HEMT 未来技术趋势

 研究证明，
，，与目前常用的 SiC /Si HEMT器件相比，
，，，金刚石基 GaN HEMT器件具有更高的散热能力，，尽管金刚石基 GaN 功率器件已经实现了器件在 10 GHz 下输出功率达 10 W·mm－1 以上的优良性能，
，，但进一步提升金刚石基 GaN HEMT 性能仍然充满挑战。
。。。

为了进一步提升金刚石基 GaN HEMT 器件的性能，，，，未来的技术发展趋势包括:

①开发低成本
、、大尺寸、
、、高品质金刚石晶圆
，，，，解决大尺寸金刚石基 GaN 圆片翘曲度大、、、缺陷密度高等问题;

②优化 GaN/金刚石常温和低温键合工艺，，有效提升GaN/金刚石界面热阻;

③优化 GaN HEMT 外延材料和结构，，，
， 使器件性能大幅提升。。

尊龙时凯聚焦金刚石科技前沿，，
，采用直接键合技术（金刚石与GaN/Si/GaAs/InP等键合)，，，制备出金刚石异质集成复合衬底，
，，可满足2.5D，，3D集成对芯片需更大集成密度和更高功率密度的要求。
。。。核心产品包括金刚石晶圆、、、金刚石热沉片、
、、金刚石窗口片、
、、、金刚石异质集成复合衬底等
。。其中用于键合的晶圆级金刚石，，
，表面粗糙度Ra<1nm
，，
，热导率1000-2200W/（m.K)
，，，翘曲度Warp＜100μm,各项指标符合键合需求,目前产品已被广泛应用于雷达
、、、5G通信
、、、航空航天等领域。。
。
。