Tā kā mākslīgā intelekta skaitļošanas mikroshēmas un trešās -paaudzes RF ierīces turpina attīstīties, lai panāktu lielāku jaudu un lielāku siltuma plūsmas blīvumu, pusvadītāju siltuma pārvaldības nozares konkurences loģika ir piedzīvojusi būtiskas pārmaiņas. Daudzos augstas klases ierīču kļūmes scenārijos galvenais iemesls vairs nav pamata siltumu izkliedējošu materiālu nepietiekama siltumvadītspēja, bet gan augsta saskarnes termiskā pretestība un slikta konstrukcijas stabilitāte augstas -temperatūras cikla apstākļos. Alumīnija nitrīds (AlN), kas ir reprezentatīvs keramikas materiāls ar augstu siltumvadītspēju, ir pieredzējis, ka tā saskarnes mikrostruktūras tīrība un precīza -mēroga kontrole ir kļuvuši par kritiskiem faktoriem, kas ietekmē lieljaudas{7}}pusvadītāju veiktspēju un kalpošanas laiku.
1. Akadēmiskais sasniegums: jonu-implantācijas-izraisīta kodola tehnoloģija
Lai risinātu nozares problēmas, kas saistītas ar augstu defektu blīvumu un augstu termisko pretestību lieljaudas ierīču epitaksiālajās saskarnēs, mūsu komanda ir izstrādājusi jonu-implantācijas-inducētu kodolu veidošanās tehnoloģiju, kas precīzi kontrolē AlN plānu kārtiņu izaugšanu labi-sakārtotās slāņveida struktūrās, efektīvi risinot nejauši novērotās salas augšanas problēmas. konvencionālie procesi. Eksperimentālie mērījumi liecina, ka šis process samazina saskarnes termisko pretestību līdz vienai-trešdaļai tradicionālo konstrukciju pretestības. Šis sasniegums paaugstina AlN no vienkārša papildu savienojuma materiāla par universālu integrētu interfeisa platformu, kas ir saderīga ar dažādiem pusvadītāju materiāliem. Tas arī apstiprina nozares tendenci: pusvadītāju jaudas uzlabošana vairs nav atkarīga no substrāta parametru salikšanas; drīzāk augstas-tīrības pakāpes, zemu{10}}defektu AlN saskarnes slāņi kļūst par galveno nodrošinātāju. AlN apvieno augstu siltumvadītspēju, augstu elektrisko izolāciju un siltuma izplešanās koeficientu, kas cieši atbilst silīcija karbīdam (SiC) un ir diezgan tuvu gallija nitrīdam (GaN), padarot to par neaizstājamu saskarnes funkcionālo materiālu heteroepitaksijas un precizitātes ierīču iepakojumam.
2. Skābekļa piemaisījumu kontrole: galvenais mainīgais, kas nosaka filmas interfeisa uzticamību
Interfeisa veiktspēja galu galā ir atkarīga no pašas AlN plānās plēves kristāla kvalitātes un piemaisījumu kontroles. Viena-kristāla AlN teorētiskā siltumvadītspēja var sasniegt 320 W/(m·K), padarot to par ideālu siltumu{3}}izkliedējošu materiālu. Tomēr epitaksiāli audzētu plāno kārtiņu veiktspēju ierobežo kristāla defekti un piemaisījumu saturs. Skābekļa piemaisījumi plēvē ir galvenais faktors, kas ierobežo siltumvadītspēju un ietekmē saskarnes stabilitāti. AlN ir augsta ķīmiskā aktivitāte, un tas ir pakļauts skābekļa atomu iekļaušanai epitaksiālās augšanas laikā. Kad skābekļa atomi nonāk kristāla režģī, tie veido alumīnija vakances, izraisa režģa kropļojumus un uzlabo fononu izkliedi, tādējādi samazinot plēves iekšējo siltumvadītspēju.
Skābekļa piemaisījumu ietekme uz pusvadītāju ierīcēm saglabājas visu to kalpošanas laiku. Režģī izšķīdis skābeklis neatgriezeniski bojā kristāla struktūru; plēvē esošais skābeklis veido defektu kompleksus augstas temperatūras darbības laikā, pastiprinot saskarnes termisko pretestību. Vidēs ar biežu termisko ciklu šie defekti pakāpeniski uzkrājas, kā rezultātā nepārtraukti palielinās saskarnes termiskā pretestība. Ilgtermiņā-darbojoties, ierīces ir pakļautas jaudas samazinājumam un samazinātai uzticamībai. Tāpēc zema-skābekļa, augstas-kristalitātes AlN plānu kārtiņu sagatavošana ir kļuvusi par kritisku tehnisko virzienu lieljaudas ierīču veiktspējas sasniegumiem.
3. Kopsavilkums un perspektīva
Pašlaik Ķīna ir izveidojusi stabilu teorētisko un eksperimentālo pētījumu pamatu AlN plāno plēvju jomā. Izmantojot jaunas augšanas metodes, piemēram, jonu implantāciju, zemu termisko pretestību, laboratorijas mērogā var ražot labi-strukturētas plānas kārtiņas. Tomēr šīs uzlabotās saskarnes sagatavošanas tehnoloģijas vēl nav nobriedušas rūpnieciskai lietošanai augsto ražošanas izmaksu, zemās partijas iznākuma un nepietiekamas procesa savietojamības dēļ. Tā rezultātā augstas veiktspējas AlN plānās plēves vēl nevar plaši izmantot augstas klases pusvadītāju ierīcēs.
Tā kā masveida ražošanas tehnoloģija augstas{0}}plānplēves saskarnēm nav sasniegta, vietējie siltuma pārvaldības risinājumi saskaras ar ievērojamām problēmām augstas-vērtības lietojumos, piemēram, automobiļu- mikroshēmās, augstas{4} klases skaitļošanas mikroshēmās un augstas-frekvences RF ierīcēs ar pastāvīgi zemu iespiešanās ātrumu. Galvenais šķērslis ir plānās -plēves saskarņu nepietiekamajā strukturālajā stabilitātē ilgstošas -termiskās cikla apstākļos.
Turpmākajā nozares attīstībā jāturpina koncentrēties uz AlN plānās -plēves augšanas procesu iteratīvo optimizāciju, pastāvīgi uzlabojot galvenos aspektus, piemēram, augstas-tīrības augšanas vides izveidi un augstas-tīrības prekursoru gāzu attīrīšanu, vienlaikus stingri kontrolējot kaitīgu piemaisījumu, piemēram, skābekļa, iekļaušanu režģī. Nozarei par prioritāti ir jārisina kritiski svarīgi jautājumi, piemēram, plānslāņu izgatavošanas no partijām-līdz -pakešu konsekvencei-, saskarnes savienojuma izturībai un ilgtermiņa-pakalpojuma stabilitātei, vienlaikus nepārtraukti samazinot ražošanas izmaksas un paātrinot laboratorijas tehnoloģiju komercializāciju. Tikai tad augstas veiktspējas AlN plānās plēves var patiesi iegūt plašu komerciālu izmantošanu un palīdzēt pārvarēt iekšējo termisko sašaurinājumu Ķīnas iekšzemes lieljaudas{10}}pusvadītāju rūpniecībā.