大气条件下InP和金刚石衬底直接键合！实现高效散热

磷化铟具有高电子传输速度、低接触电阻和大异质结偏移等优势，被作为下一代高频高功率电子器件的新型半导体材料。随着电子设备的小型化和高功率运行需求渐涨，这些高功率密度设备的散热问题成了集成电路行业发展的绊脚石。金刚石具有固体材料中最高的热导率 (2200 W/m/K)，以金刚石作为散热衬底与器件直接键合是减小热阻的理想选择。而目前关于 InP 和金刚石衬底直接键合的研究很少。

来自日本国家先进工业科学技术研究所的Takashi Matsumae团队通过将氧等离子体活化的 InP 基板和用NH3/H2O2清洁的金刚石衬底在大气条件下接触，随后将InP/金刚石复合样品在 250°C 下退火，使两种材料通过厚度为 3 nm 的非晶中间层形成了剪切强度为 9.3 MPa 的原子键。相关论文以“Low‑temperature direct bonding of InP and diamond substrates under atmospheric conditions”为题发表在《Scientific Reports》期刊上。

该研究团队通过大量金刚石与其他半导体材料衬底（如硅、氧化镓等）直接键合研究发现，在用如H2SO4/H2O2和NH3/H2O2混合物氧化溶液处理过的金刚石表面可形成 OH 基团。此外，OH封端的金刚石表面可通过大约 200 °C 下热脱水与OH封端的半导体衬底形成直接键合。虽然对 InP 和金刚石键合的研究很少，但光电子科学家已经实现了氧等离子体激活的 InP 激光器和 Si 波导的直接键合 。为此，该研究团队提出了 InP 和金刚石基板的直接键合工艺方案，并研究了 InP/金刚石键合界面的纳米结构。