一种制备氮化镓单晶衬底的方法

本发明提供一种制备GaN单晶衬底的方法,属于光电材料和器件领域。该方法包括：在蓝宝石等异质衬底上利用MOCVD或MBE等技术生长高质量GaN薄膜（厚度在10μm之内）作为后续生长的模板;在GaN模板上制备一柔性的弱键和层;采用常规的HVPE方法在GaN模板上快速生长GaN单晶厚膜。由于减少了GaN和衬底之问的应力效应,叮以获得低位错密度的GaN外延层,     

高导热金刚石/铜复合材料的导热研究进展

金刚石/铜复合材料具有密度低、热导率高及热膨胀系数可调等优点,且与新一代芯片具有良好的热匹配性能,因此其在高热流密度电子封装领域具有非常广泛的应用前景。然而由于金刚石与铜界面润湿性差,界面热阻高,导致材料热导率比铜还低,限制了其应用。为了改善其界面润湿性,国内外通过在金刚石表面金属化或对铜基体预合金化等手段来修饰复合材料界面,以提高金刚石/铜复合材料的热导率。本文综述了表面改性、导热模型相关的界面理论以及有限元模拟的研究进展,讨论了制备工艺、导热模型和未来发展的关键方向,总结了金刚石添加量、颗粒尺寸等制备参数对其微观组织结构和导热性能的影响规律。     

低温Au-In-Au金属键合及其在VCSELs制作中的应用

研究了Au-In-Au低温金属键合技术,并把它应用到长波长垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件结构的制作中.利用该技术不仅有利于提升器件的热学性能,而且有利于提高VCSEL结构中分布Bragg反射腔镜(DBR)的反射率.实验结果表明,InP基外延半腔VCSEL结构成功地在200℃低温下金属键合到Si衬底上,键合强度高,键合质量达到了VCSEL器件工艺制作要求.对键合样品光学特性的分析表明,低温金属键合过程不影响量子阱有源区及DBR的光学性质,这对VCSEL器件结构的制作是有利的.这种低温金属键合技术,有望应用在许多半导体光电器件的制作中.     

高导热涂层制备及其性能研究进展

随着高集成技术、微电子封装技术、大功率LED技术以及超级计算机的迅猛发展,小型化、微型化与轻薄化成为现代及未来电子设备、电子电路的发展潮流,因此对散热要求越来越高.目前电子器件及设备主要应用导热硅脂、导热硅胶及复合材料来实现散热.若在器件及设备上制备一层具有高热导率、耐腐蚀、结合强度良好的导热涂层,可以更好地实现散热.从高导热涂层的应用背景及导热涂层的特点出发,阐述了制备方法和材料体系不同的三大类高导热涂层,重点介绍了以喷涂技术、磁控溅射技术、涂料技术制备高导热涂层的研究进展.对比这几种导热涂层制备技术可以发现,因为空气是热的不良导体,基于冷喷涂技术制备的涂层孔隙率低的特点,加之对涂层进行热处理后会更加致密,所以冷喷涂技术制备的导热涂层具有较高的热导率.但目前的喷涂粉末具有导电性,因此喷涂在电路及电器设备上应用还不够成熟.基于冷喷涂技术制备绝缘、高导热涂层,提高器件设备的导热性能,还有待进一步探索.     

含孔隙及界面热阻的复合材料有效导热系数

以最小热阻力法则及比等效导热系数法,通过修正串-并联模型,建立含界面热阻的固-固相复合材料等效导热模型,将固-固相复合材料转换为导热系数为等效热导率的单相固体材料,再利用含孔隙的单相材料导热系数模型推导含孔隙和界面热阻的复合材料有效导热系数。计算含孔隙及界面热阻的复合材料的有效导热系数并讨论气孔、分散相的含量及颗粒尺寸对其有效热导率的影响。将有效导热系数的理论值与相关实验数据进行比较。结果表明两者吻合较好,证明公式的准确性。     

高导热高绝缘导热硅脂的制备及性能表征

高导热硅脂作为一种热界面材料,可以显著地减小因接触空隙而产生的热阻,提高散热效果。通过采用自制的氮化硅、氮化铝、氧化铝等陶瓷粉体来代替传统的金属粉体作为导热填料,制备出高绝缘高导热的导热硅脂。研究了陶瓷粉体种类、添加量以及表面改性剂对导热硅脂热导率的影响规律。采用热阻测试仪、AMD、Inter主板测试平台、耐压测试仪等表征了导热硅脂的导热和绝缘性能。并对实验结果进行了理论分析。     

高导热金刚石/铜复合材料研究进展

金刚石 / 铜复合材料兼具低密度、高导热率数和可调热膨胀系数等优点,近年来成为新一代热管理材料的研究重点。 通过理论、试验及模拟三个方向对金刚石 / 铜复合材料进行综述。回顾金刚石 / 铜复合材料的发展历程,总结金刚石 / 铜复合材料重要的颗粒混合理论模型及“三明治”复合结构经验公式,研究影响热导率和热膨胀系数等两大热学性能指标的重要因素,简述有限元模拟在金刚石 / 铜复合材料中的相关应用。其中,重点分析界面改性(活性改性元素种类和改性层厚度)对金刚石 / 铜复合材料导热性的影响。结果表明,通过界面改性、增加接触面积以及在较高温度和压力机制驱动下制备的金刚石 / 铜复合材料具有优异的热物理性能。最后由所得结论提出双峰金刚石、渗碳、大尺寸金刚石自支撑膜表面织构化等方法, 可用来提升金刚石 / 铜复合材料界面结合强度和散热性能。     

高导热金刚石/铝复合材料的真空热压制备

以纯铝粉末和金刚石为基体材料,采用真空热压固相烧结方式制备出热导率为677 W/(m·K)的高导热金刚石/铝复合材料。利用激光导热仪、热膨胀仪对金刚石/铝复合材料性能进行表征,并通过对制备温度、保温时间及金刚石基本颗粒尺寸的调控来优化制备工艺。研究发现:随制备温度升高,金刚石/铝复合材料的密度及致密度均有所提高,其热导率呈先升后降的趋势,当制备温度为650 ℃时,热导率达到526.2 W/(m·K)。随着保温时间由30 min增加至120 min,金刚石/铝复合材料的密度、致密度和热导率均增大,致密度达到99.1%,热导率达到566.7 W/(m·K)。当金刚石基本颗粒尺寸由20 μm增加至500 μm时,金刚石/铝复合材料的密度、致密度先增大后减小;在金刚石基本颗粒尺寸为200 μm时,密度达到最大,分别为3.06 g/cm3和98.4%;热导率随金刚石基本颗粒尺寸逐渐增大,在金刚石基本颗粒尺寸为500 μm时,热导率达到677.5 W/(m·K),为目前最高增强效率。故通过工艺控制可以有效提高铝基体与金刚石的结合,减少其界面空隙,进而制备出高热导率金刚石/铝复合材料。      

金刚石/Cu复合界面导热改性及其纳米化研究进展

金刚石/Cu复合材料以其高导热、低膨胀、耐热、耐蚀等优异特性,在热管理领域具有广泛的应用前景。但金刚石/Cu复合界面不相容限制了其性能水平。界面改性设计是改善界面结合、降低界面热阻的有效途径。本文以金刚石/Cu界面改性层的设计原理与主要因素为切入点,简述了金刚石/Cu复合材料界面设计的主要研究进展、存在的关键问题以及界面层厚小于200 nm的界面纳米化设计等几个方面的研究热点,并对其未来界面工程纳米化发展趋势予以展望。     

GaN基底上集成介电薄膜材料的生长方法研究

将以极化为特征、具有丰富功能特性的介电氧化物材料通过外延薄膜的方式,在半导体GaN上制备介电氧化物／GaN集成薄膜,其多功能一体化与界面耦合效应可推动电子系统单片集成化的进一步发展。然而,由于2类材料物理、化学性质的巨大差异,在GaN上生长介电薄膜会出现严重的相容性生长问题。采用激光分子束外延技术（LMBE）,通过弹性应变的TiO2的缓冲层来减小晶格失配度,降低介电薄膜生长温度,控制界面应变释放而产生的失配位错,提高了介电薄膜外延质量;通过低温外延生长MgO阻挡层,形成稳定的氧化物／GaN界面,阻挡后续高温生长产生的扩散反应;最终采用TiO2／MgO组合缓冲层控制介电／GaN集成薄膜生长取向、界面扩散,降低集成薄膜的界面态密度,保护GaN半导体材料的性能。所建立的界面可控的相容性生长方法,为相关集成器件的研发提供了一条可行的新途径。     

Engineering Design of High Quality GaN Epitaxy on Silicon Substrate Using Varying GaN/AlGaN Composite Buffer Structures

High quality GaN epitaxy thin films have been desired for the energy-efficient,solid-state semiconductor illuminating devices.Silicon substrates offer high crystal quality,low wafer cost,large wafer size,and potential integration with the well-established silicon processing technologies.However,due to the large mismatch in lattice constants and thermal expansion coefficients,it is still challenging to grow high quality GaN on silicon substrates.In this study,high quality GaN epitaxy has been engineering designed to grow on Si(111)substrate using varying GaN/AlGaN composite buffer structures by an Axitron 200 metal-organic vapor phase epitaxy deposition system.A thin AlN seed layer of 25 nm was firstly grown at 720℃.AlGaN layer of different thickness was then grown at 1050℃with subsequent GaN thin film until the total thickness reached 500 nm.The thickness of the subsequent GaN thin film could be increased by reducing the AlGaN thickness in the composite buffer structures.The results have shown that the lower GaN/AlGaN thickness ratio would decrease the dislocation density and provide crack-free,mirror-like upper GaN crystal thin film.On the other hand,the GaN/AlGaN thickness ratio could be designed to be 2-6 to balance the processing cost and the thin film quality for engineering applications.The dislocation density has been about 2×10 9 cm-2.In addition,dislocation close loop was observed near the GaN/AlGaN interface.The annihilation mechanism could be depicted by the reduction in dislocation strain energy.     

砷化镓衬底加工技术研究及其新发展

第二代半导体砷化镓(GaAs)材料是衬底外延生长和器件制备的基础材料,其晶片表面要求超光滑、无表面/亚表面损伤和低的残余应力等,且其表面平坦化质量决定了后续外延层的质量,并最终影响相关器件的性能。通过归纳分析砷化镓单晶材料的本征特性及其切割、磨边、研磨、抛光等技术的研究进展,对砷化镓超光滑平坦化加工技术未来的研究方向进行展望。      

高导热金刚石／铝和金刚石／铜复合散热材料的研究进展

人造金刚石由于其自身高的热导率、低的热膨胀系数和相对低的价格已成为制造新型散热材料的研究热点。本文主要介绍了近年来在金刚石／铝和金刚石／铜复合散热材料的致密度、合成方法、热导率、界面等方面的一些研究进展。添加活碳元素（硼、铬等）和在高压下使金刚石直接成键可能是提高金刚石／金属散热材料热导率的两种有效途径。     

粉末冶金法制备金刚石/铜复合材料热导率研究

为研制更高热导率的产品,采用粉末冶金法将金刚石与高纯度铜粉热压在一起,制备新型金刚石/铜复合材料。通过正交分析法,研究了金刚石/铜复合材料热导率的影响因素。结果表明:用粉末冶金法制备的金刚石/铜复合材料,其热导率最高为245.89 W/（m·K）。对金刚石/铜复合材料热导率影响最大的因素是金刚石与铜粉的体积比,并且随着体积比的增大,金刚石/铜复合材料热导率逐渐下降。金刚石/铜复合材料的致密度以及界面结合程度是影响金刚石/铜复合材料热导率大小的重要因素,致密度高、界面结合好的复合材料热导率高,反之则低。      

单晶SiC基片的化学机械抛光技术研究进展

单晶SiC因其优异的物理化学性质而成为重要的外延衬底材料,广泛应用于卫星通信、集成电路和消费电子等领域。衬底外延生长需要单晶SiC具有较低的加工表面损伤和残余应力的超光滑平坦表面,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响器件的性能。化学机械抛光(CMP)是目前实现单晶SiC基片超精密加工的一种常用且有效方法。我们综述了单晶SiC基片化学机械抛光加工的研究现状,根据加工原理进行归类并分析了各种类别的优缺点及运用局限,指出了其在化学机械抛光领域的发展前景。      

Low-temperature heat conduction characteristics of diamond/Cu composite by pressure infiltration method

In this paper,diamond/CuCr and diamond/CuB composites were prepared using the pressure infiltration method.The physical property measurement system(PPMS)was adopted to evaluate the thermal conductivity of diamond/Cu and MoCu composites within the range of100–350 K,and a scanning electron microscope(SEM)was utilized to analyze the microstructure and fracture appearance of the materials.The research indicates that the thermal conductivity of diamond/Cu composite within the range of100–350 K is 2.5–3.0 times that of the existing MoCu material,and the low-temperature thermal conductivity of diamond/Cu composite presents an exponential relationship with the temperature.If B element was added to a Cu matrix and a low-temperature binder was used for prefabricated elements,favorable interfacial adhesion,relatively high interfacial thermal conductivity,and favorable low-temperature heat conduction characteristics would be apparent.     

低温固化电子浆料高导热性能研究进展

电子浆料作为一种性能优异的热界面材料,广泛应用于超高速电脑芯片、功率半导体器件以及高亮度LED中,可以通过低温固化方式实现芯片与热沉之间的机械连接、电连接和热连接并能满足高温环境下的使用要求。本文介绍了纳米银和碳纳米管应用于低温固化电子浆料提高导热性能的最新研究进展,基于二者对电子浆料导热结构的影响分别介绍了：1)纳米银尺寸、表面包覆剂以及烧结结构内部孪晶的形成对电子浆料导热性能的影响;2)制备定向碳纳米管阵列以及阵列连接界面改性修饰,在芯片与热沉之间形成高导热通路制备热界面材料; 3) 银修饰碳纳米管的界面效应以及其与银粉烧结键合形成三维复合导热结构对提升电子浆料导热性能的影响。并对未来纳米银与碳纳米管提高电子浆料导热性能的发展方向进行了展望。     

CVD金刚石膜散热性能的实验及仿真分析

本文基于化学气相沉积(CVD)金刚石膜的超高热导率,设计并搭建了一套实验系统,分析其对于小空间高热流密度电子元件的散热效果。通过测量加热器及材料表面的温度值可知,相同工况下,金刚石膜温度梯度小,温度分布均匀性好,表面最大温差仅为铜的一半且加热面温度相比于铜更低。实验结果说明CVD金刚石膜的散热性能明显优于传统散热材料铜。实验验证了经过Ti-Ni-Au金属化处理的CVD金刚石薄膜具有可焊性。在实验基础上,利用Flotherm软件对系统进行仿真建模,进一步探讨了材料厚度、热导率及接触热阻对加热面温度和最大热流密度的影响。