日本住友電氣工業(yè)株式會社（SEI） 和大阪公立大學 （OMU） 在與日本科學技術振興機構(gòu) （JST） 的聯(lián)合研究項目中，在 2 英寸多晶金剛石 （PCD） 襯底上制造了氮化鎵高電子遷移率晶體管 （GaN HEMT）。該技術被認為是在移動和衛(wèi)星通信中實現(xiàn)核心設備更高容量和更低功耗的重要一步。

在直徑為 2 英寸的多晶金剛石襯底上實現(xiàn)用于高頻器件的 GaN-HEMT 結(jié)構(gòu)

       近年來，隨著無線通信中信息量的增加，GaN HEMT 等高頻器件對更高頻率和更高輸出功率的需求也隨之增加。然而，運行過程中出現(xiàn)的自熱限制了器件的輸出功率，導致信號傳輸失敗和其他問題，從而降低通信的性能和可靠性。為了解決這些問題，OMU 通過采用金剛石（具有極高的導熱性）作為 GaN HEMT 的基板來改善散熱特性。

       通常，硅和碳化硅 （SiC） 用作 GaN HEMT 的襯底，但金剛石的熱導率比硅高約 12 倍，比 SiC 高 4-6 倍。因此，使用金剛石作為襯底可以分別降低四分之一和一半的熱阻。

在硅、SiC 和金剛石上制造的 GaN HEMT 的散熱比較（表明在相同施加功率下，溫度上升越小，散熱效果越好

       以前，由于多晶金剛石的晶粒尺寸大且表面粗糙度差（5-6nm），因此在沒有焊料或鍵合材料的情況下直接鍵合到 GaN 層很困難。然而，住友電工利用其金剛石襯底拋光技術將表面粗糙度降低到傳統(tǒng)水平的一半，并結(jié)合 OMU 的技術將 GaN 層從硅襯底轉(zhuǎn)移到多晶金剛石上，成功地將 GaN 層直接粘合到 2 英寸多晶金剛石襯底上。隨后，研究人員在多晶金剛石上證明了 GaN 結(jié)構(gòu)具有均勻的散熱特性。該研究中使用的 GaN 層由 Air Water Inc 提供，作為硅襯底上的 GaN/SiC 外延層。

       OMU 提供了將硅襯底上生長的 GaN/SiC 外延層轉(zhuǎn)移到金剛石襯底上的技術，以制造 GaN HEMT 器件。住友電工提供了大型多晶金剛石基板的制造和拋光技術，這些基板已用于散熱材料和工具產(chǎn)品。

       未來雙方將基于4英寸基板推進量產(chǎn)化技術開發(fā)，通過優(yōu)化鍵合條件提升器件性能，加速產(chǎn)業(yè)化進程。