山东大学成功研发新型复合SiC-金刚石衬底工艺

近年来，山东大学新一代半导体材料研究院的徐现刚、彭燕、胡秀飞、葛磊等科研团队，针对金刚石-GaN材料的制备、结构设计和器件制备等关键技术进行了深入研究。他们成功开发出一种新型复合SiC-金刚石衬底与GaN器件相结合的新工艺流程和制备方案，为解决高功率密度下的自热问题提供了新思路。

该研究团队通过系列工作解决了异质界面多晶成核的问题，实现了在4H-SiC衬底上直接生长多晶金刚石。他们构建了理论模型，获得了SiC衬底减薄至最佳厚度的方案，制备出由200 μm 4H-SiC和200 μm金刚石组成的Diamond-SiC复合基板。这一创新方案不仅兼容已建立的SiC基GaN外延和器件制造技术，还成功在金刚石-SiC复合衬底上制备出高质量的GaN外延薄膜，并制备出高性能器件。

与现阶段的GaN-on-SiC工艺相比，改进结构的GaN器件在散热性能上有了显著提升。在特定条件下，GaN-on-diamond/SiC器件在20 V时的功耗增加了19%，热阻降低了41%，表面温度降低了33%。即使在高温70℃下，功耗也仅增加了11%，热阻降低了31%，表面温度降低了26%。

这一研究工作不仅提出了利用SiC的结构优势和金刚石的超强导热性能构建高效散热衬底的新方案，还深入研究了材料生长及机理、理论模拟和器件性能提升。研究结果证实了金刚石/ SiC复合衬底在高温下具有稳定的输出特性和可靠性，为解决GaN高功率密度下的自热问题提供了新思路，为下一代大功率器件热管理提供了新策略。

随着科技的不断发展，大功率设备的散热问题将愈发突出。金刚石材料以其卓越的热导率特性，将在未来的散热技术中发挥越来越重要的作用。这一研究进展不仅为科研人员提供了一种全新的高功率器件散热方案，更为我们揭示了金刚石材料在未来科技领域中的无限可能。