高导热GaN/金刚石结构制备及器件性能研究

近日，第九届国际第三代半导体论坛&第二十届中国国际半导体照明论坛在厦门国际会议中心召开。期间“超宽禁带半导体技术技术“分会上，中国电子科技集团第四十六研究所工程师孙杰带来了“高导热GaN/金刚石结构制备及器件性能”的主题报告，分享了GaN/金刚石研究进展以及46所研究现状。

 

金刚石材料因具有超宽禁带、高载流子迁移率、高饱和漂移速度、高热导率等优异特性，被认为是终极半导体材料，已成为国内外研究热点。有望为微波功率和高频电子器件性能提升提供新的空间，发展金刚石半导体材料关系到高频、高功率系统的更新换代。金刚石多晶散热片已经在民用领域得到了广泛的应用，市场处于上升期。 

随着功率器件逐渐迈进高频、高功率，GaN器件热积累越来越明显。GaN作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有高的电子饱和速度，高击穿场强，非常适用于高频、高功率微波功率器件，在众多领域获得了广泛的应用，如5G通讯、雷达等高频高功率领域。

由于结处热效应，GaN器件目前只能发挥20%~30%的理论性能，其优异的性能远未得到发挥，传统的Si、SiC等衬底无法满足GaN器件散热需求。功率密度的提升可以显著提升雷达的探测距离，提升通讯卫星的传输速率。

46所研究方面，目前已经能够获得13mm×13mm的GaN/金刚石复合结构样品，并具备2英寸GaN/金刚石样品研制能力（注：目前获得的GaN/金刚石结构均保留10-20μm碳化硅衬底，后期要去除全部碳化硅）

报告指出，GaN/金刚石技术的应用，对射频和功率器件的发展意义重大。金刚石&氮化镓的结合，被认为是支撑未来高功率射频和微波通信、 宇航和军事系统以及5G和6G移动通信网络和更复杂的雷达系统的核心技术。贝哲斯咨询对金刚石衬底上GaN的行业市场统计结果显示：2022年，全球金刚石衬底上的GaN市场容量为124.76亿元；预计，全球金刚石衬底上的GaN市场规模将以2.04%的CAGR增长，2028年达140.94亿元。

审核编辑：刘清