大氣條件下InP和金剛石襯底直接鍵合實現高效散熱

磷化銦具有高電子傳輸速度、低接觸電阻和大異質結偏移等優勢，被作為下一代高頻高功率電子器件的新型半導體材料。隨著電子設備的小型化和高功率運行需求漸漲，這些高功率密度設備的散熱問題成了集成電路行業發展的絆腳石。金剛石具有固體材料中最高的熱導率 (2200 W/m/K)，以金剛石作為散熱襯底與器件直接鍵合是減小熱阻的理想選擇。而目前關于 InP 和金剛石襯底直接鍵合的研究還很少。

來自日本國家先進工業科學技術研究所的Takashi Matsumae團隊通過將氧等離子體活化的 InP 基板和用NH3/H2O2清潔的金剛石襯底在大氣條件下接觸，隨后將InP/金剛石復合樣品在 250℃ 下退火，使兩種材料通過厚度為 3 nm 的非晶中間層形成了剪切強度為 9.3 MPa 的原子鍵。相關論文以題為"Lowtemperature direct bonding of InP and diamond substrates under atmospheric conditions"發表在Scientific Reports。

該工藝通過由氧等離子體處理的InP襯底與在大氣條件下用NH3、H2O2和H2O的混合物清洗過的金剛石襯底接觸，然后在250℃下對接觸的樣品進行退火來形成直接鍵合。由于在預鍵合處理后兩個基底表面都是原子級光滑的，因此InP和金剛石基板成功地產生了剪切強度為 9.3 MPa 的直接鍵合。界面分析表明，它們通過厚度約為3 nm的非晶中間層結合，沒有裂紋或納米空隙。由于可以通過簡單的程序實現先進的熱管理，因此這種鍵合技術將有助于未來具有更高集成度和功率密度的InP半導體電子器件。

但作為一個以熱管理為目的的鍵合工藝，筆者認為，InP/金剛石復合材料的熱導率測量與散熱效率類比應該是必不可少的。但文中提供的鍵合方式，相比當前制備氮化鎵/金剛石、硅/金剛石等復合材料的異質外延化學氣相沉積(CVD)、磁控濺射等工藝簡單高效了不少，并降低了生產成本，有助于新型集成半導體電子材料的快速量產。 (百度學術)