下一代半导体材料——金刚石热沉片

金刚石被认为世界上最坚硬的物质，这就赋予了其在工业领域中重要地位，例如用于切割、研磨等。同样，在新型应用领域，金刚石依然十分优秀，在高频大功率器件、光学窗口、高能粒子探测器、量子信息、生物传感器等领域具有巨大的应用潜力。尤其随着微电子行业的发展，对半导体禁带宽度的要求便有了更高的标准。

金刚石是一种超宽禁带半导体材料，其禁带宽度为5.5 eV，比GaN、SiC等宽禁带半导体材料还要大。如下表所示，金刚石禁带宽度是Si的5倍；载流子迁移率也是Si材料的3倍，理论上金刚石的载流子迁移率比现有的宽禁带半导体材料（GaN、SiC）也要高2倍以上，同时，金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度。并且，除了最高硬度以外，金刚石还具有半导体材料中最高的热导率， 为AlN的7.5倍，因此金刚石也被业界称为“终极半导体”材料。在高频、高功率、高温电子器件，核辐射探测器、光电器件、微机电系统（MEMS）等领域表现出巨大的应用潜力。正是这些闪光点，让它在众多半导体器件材料中脱颖而出。

           图1    各种半导体材料的特性对比

图中金刚石表现出优于其它材料的热导率、电子迁移率和击穿电压，表明金刚石更适用半导体领域。

场效应晶体管

场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET)，是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，主要有两种类型：金属-氧化物半导体场效应管(MOS-FET)和结型场效应管(JFET)

金刚石热沉片具有高的空穴迁移率、大的击穿电场。但由于目前电学掺杂中存在的问题，掺杂原子不能有效激活，使得载流子浓度远小于掺杂浓度。在通过大幅提高掺杂浓度的办法来减小正向导通电阻的同时，反向击穿电压也随之减小。为解决这一问题可采用金属-本征层-p+型掺杂层（m-i-p+）肖特基二极管结构，它在金属和p型掺杂层之间插入了一层非故意掺杂的本征层，并提高掺杂层的B掺杂浓度（>1019cm-3），使得杂质带与价带相交叠，可有效提高载流子浓度。该结构的优点是具有很高的空穴迁移率、高的击穿电场。

图2   肖特基结构图

半导体激光器

将金刚石热沉作为过渡热沉烧结在铜热沉上，可有效降低热阻，即使在大电流条件下，亦可明显改善半导体激光器散热问题，提高半导体激光器输出特性。

      图3   半导体激光器结构示意图

凯发k8国际专注于第三代半导体材料金刚石的研发和生产，并大力推动金刚石相关产品商业化应用，目前有金刚石热沉片、晶圆级金刚石、金刚石镀膜（GaN)等产品，晶圆级金刚石Ra<1nm，金刚石热沉片热导率1000-2000W/m.k，采用金刚石热沉（散热片）的大功率半导体激光器已经广泛用于光通信、激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等方面，并且都得到了行业的高度认可。