在現(xiàn)代電子工業(yè)中，熱管理是一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。半導體器件產(chǎn)生大量的廢熱，這些廢熱必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)有效地消散，以維持器件的性能和可靠性。這些熱量通過具有顯著熱阻的層和界面從器件熱點傳遞到換熱器進行散熱。*近的研究主要集中在用高導熱材料取代普通襯底以降低總體熱阻。金剛石的各向同性是所有塊狀材料中*高的，這使它成為芯片冷卻的理想散熱材料。模擬表明，薄金剛石可以將熱阻降低20%。然而，金剛石冷卻器在實際應用中的進展仍然有限。實現(xiàn)低熱邊界阻(TBR)的金剛石近結(jié)集成是一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。
金剛石在器件上的成功集成在很大程度上取決于金剛石/半導體連接接口的設計。這些接口的優(yōu)化對于*小化TBR，同時確保足夠的機械穩(wěn)健性以承受長期可靠運行至關(guān)重要。此外，應避免高加工溫度，因為它們對實現(xiàn)與半導體制造工藝。此外，在芯片封裝過程中，金剛石/半導體連接需要表現(xiàn)出足夠的熱穩(wěn)定性，以承受隨后的焊料回流(溫度高達300°C)。
由于金剛石和半導體在晶格常數(shù)、硬度、德拜溫度和熱膨脹系數(shù)(CTE)等方面存在廣泛的不匹配，因此解決這些問題需要付出專門的努力。在過去的幾十年里，人們進行了各種各樣的嘗試，其中涉及三種主要的技術(shù)方法：在金剛石上外延生長半導體；化學氣相沉積法(CVD)直接生長金剛石以及金剛石與半導體的結(jié)合。然而，目前這些方法面臨著TBR大、加工溫度高、可靠性低和效率有限等挑戰(zhàn)。
近日，廈門大學鐘毅和華為技術(shù)有限公司赫然聯(lián)合針對解決現(xiàn)代電子器件的熱管理問題取得*新進展。該文提出了一種集體晶圓級鍵合技術(shù)，通過反應性金屬納米層在 200°C 下連接多晶金剛石和半導體。由此產(chǎn)生的硅/金剛石連接具有 9.74m2GW-1的超低 TBR ，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的芯片連接技術(shù)。這些連接還表現(xiàn)出*的可靠性，可承受至少1000次熱循環(huán)和1000小時的高溫/潮濕考驗。這些特性與所設計的金屬夾層的再結(jié)晶微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。該演示代表了金剛石在半導體上的低溫和高通量集成的進步，有可能使目前受熱限制的電子應用成為可能。研究成果以“Low-temperature bonding of Si and polycrystalline diamond with ultra-low thermal boundary resistance by reactive nanolayers”為題發(fā)表在《Journal of Materials Science & Technology 》。
本站部分文章系轉(zhuǎn)載，不代表中國硬質(zhì)合金商務網(wǎng)的觀點。中國硬質(zhì)合金商務網(wǎng)對其文字、圖片與其他內(nèi)容的真實性、及時性、完整性和準確性以及其權(quán)利屬性均不作任何保證和承諾，請讀者和相關(guān)方自行核實。據(jù)此投資，風險自擔。如稿件版權(quán)單位或個人不愿在本網(wǎng)發(fā)布，請在兩周內(nèi)來電或來函與本網(wǎng)聯(lián)系。
