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AlN介质层对GaN表面生长金刚石钝化膜的影响研究
1
作者
梁礼峰
郁鑫鑫
+4 位作者
李忠辉
刘金龙
李成明
王鑫华
魏俊俊
《人工晶体学报》
北大核心
2025年第8期1417-1425,共9页
GaN表面生长金刚石钝化膜可用于改善器件传热能力,提升器件功率特性及可靠性。在GaN和金刚石层中间的介质层,对于实现高质量的GaN表面金刚石(Diamond-on-GaN)至关重要。本研究采用原子层沉积(ALD)技术在GaN表面预先沉积了10 nm的晶态/...
GaN表面生长金刚石钝化膜可用于改善器件传热能力,提升器件功率特性及可靠性。在GaN和金刚石层中间的介质层,对于实现高质量的GaN表面金刚石(Diamond-on-GaN)至关重要。本研究采用原子层沉积(ALD)技术在GaN表面预先沉积了10 nm的晶态/非晶态混合的AlN介质层,并通过氧终端金刚石悬浮液在AlN层上实现了高密度静电自组装播种;随后通过优化的微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)工艺再生长约120 nm厚的纳米晶金刚石(NCD)薄膜。表面氧终端调控的纳米金刚石悬浮液可以在AlN介质层表面实现高密度播种,结合梯度甲烷的MPCVD金刚石生长工艺,制备出了具有高结晶度、低粗糙度(Ra=15.2 nm)和低残余应力(0.84 GPa)的NCD薄膜。时域热反射(TDTR)测量表明,NCD薄膜的热导率约为123.85 W·m^(-1)·K^(-1),GaN与NCD之间的有效界面热阻(TBReff)为(9.78±0.27) m^(2)·K·GW^(-1)。透射电子显微镜(TEM)分析表明,AlN介质层有效保护了GaN免受等离子体刻蚀,并实现了金刚石和GaN之间的光滑界面。本研究表明,采用薄的ALD AlN作为在GaN表面生长金刚石的介质层可以与氧终端金刚石籽晶实现静电自组装,从而提高金刚石形核密度,再通过梯度甲烷金刚石沉积工艺,能够在GaN上沉积出高质量的NCD薄膜并降低金刚石与GaN的界面热阻。
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关键词
纳米晶金刚石
GAN
AlN介质层
热导率
界面热阻
原子层沉积
静电自组装播种
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职称材料
题名
AlN介质层对GaN表面生长金刚石钝化膜的影响研究
1
作者
梁礼峰
郁鑫鑫
李忠辉
刘金龙
李成明
王鑫华
魏俊俊
机构
南京电子器件研究所
北京科技大学新材料技术研究院
中国科学院微电子研究所
出处
《人工晶体学报》
北大核心
2025年第8期1417-1425,共9页
基金
国家自然科学基金(52172037,52350362)。
文摘
GaN表面生长金刚石钝化膜可用于改善器件传热能力,提升器件功率特性及可靠性。在GaN和金刚石层中间的介质层,对于实现高质量的GaN表面金刚石(Diamond-on-GaN)至关重要。本研究采用原子层沉积(ALD)技术在GaN表面预先沉积了10 nm的晶态/非晶态混合的AlN介质层,并通过氧终端金刚石悬浮液在AlN层上实现了高密度静电自组装播种;随后通过优化的微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)工艺再生长约120 nm厚的纳米晶金刚石(NCD)薄膜。表面氧终端调控的纳米金刚石悬浮液可以在AlN介质层表面实现高密度播种,结合梯度甲烷的MPCVD金刚石生长工艺,制备出了具有高结晶度、低粗糙度(Ra=15.2 nm)和低残余应力(0.84 GPa)的NCD薄膜。时域热反射(TDTR)测量表明,NCD薄膜的热导率约为123.85 W·m^(-1)·K^(-1),GaN与NCD之间的有效界面热阻(TBReff)为(9.78±0.27) m^(2)·K·GW^(-1)。透射电子显微镜(TEM)分析表明,AlN介质层有效保护了GaN免受等离子体刻蚀,并实现了金刚石和GaN之间的光滑界面。本研究表明,采用薄的ALD AlN作为在GaN表面生长金刚石的介质层可以与氧终端金刚石籽晶实现静电自组装,从而提高金刚石形核密度,再通过梯度甲烷金刚石沉积工艺,能够在GaN上沉积出高质量的NCD薄膜并降低金刚石与GaN的界面热阻。
关键词
纳米晶金刚石
GAN
AlN介质层
热导率
界面热阻
原子层沉积
静电自组装播种
Keywords
nanocrystalline diamond
GaN
AlN dielectric layer
thermal conductivity
thermal boundary resistance
atomic layer deposition
electrostatic self-assembly seeding
分类号
TN386 [电子电信—物理电子学]
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作者
出处
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1
AlN介质层对GaN表面生长金刚石钝化膜的影响研究
梁礼峰
郁鑫鑫
李忠辉
刘金龙
李成明
王鑫华
魏俊俊
《人工晶体学报》
北大核心
2025
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