上海微系统所制备出晶圆级金刚石基氧化镓阵列化单晶薄膜

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣团队，联合南京电子器件研究所研究员李忠辉团队，在金刚石基氧化镓异质集成材料与器件领域取得突破性进展。12月9日，研究成果在第70届国际电子器件大会（IEDM 2024）上以口头报告的形式发表。

在宽/超宽禁带半导体材料中，氧化镓的热导率最低，不到硅材料的1/5，这使得氧化镓器件在大功率工况下存在严重的自热效应和寿命短等可靠性问题。作为自然界中已知热导率最高的材料，金刚石是大功率、射频器件的理想热沉衬底材料。因此，将金刚石用于异质集成已成为大功率器件热管理的重要研究方向，但通过直接外延生长和晶圆键合实现金刚石基异质集成材料，仍面临巨大挑战。

基于欧欣团队开发的异质集成衬底材料（XOI）晶圆转印技术，率先在国际上实现阵列化氧化镓单晶薄膜与1英寸金刚石衬底的异质集成，转移处理后氧化镓单晶薄膜材料的多项指数均为目前已报道最优。基于此制备的射频器件性能和散热能力得到显著提升，相同功率下，器件结区最高温度较氧化镓同质器件降低250℃，散热能力提升11倍，极大提升氧化镓射频器件性能和散热能力。值得一提的是，该方法成本较低、不受晶圆表面质量限制，可兼容不同尺寸、不同种类的XOI异质集成薄膜到任意衬底甚至任意位向的转移上。

1英寸金刚石基阵列化氧化镓单晶薄膜及其制备流程。图片由研究团队提供

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研究团队表示，该工作充分证明了晶圆级金刚石基氧化镓异质集成材料具有优异的散热能力和射频应用前景，将进一步推动高性能氧化镓器件的发展，并为金刚石基异质集成材料制备提供新范式。