聚焦科技前沿，盤點金剛石和氮化鋁寬禁帶半導體的科研熱點！

化合積電依托在金剛石和氮化鋁等產品的優勢，與清華大學、北京大學、西安電子科技大學、廈門大學、日本大阪大學、韓國亞洲大學、中國科學院下屬諸多研究所等國內外高校、科研機構和技術領先企業等開展了廣泛的合作。科研團隊始終瞄準世界科技前沿，引領科技發展方向，作為行業風向標，讓我們一起聚焦關于金剛石和氮化鋁的最新研究熱點。

金剛石具有已知材料中最高的熱導率（2000W/m·k），以金剛石作為散熱襯底與器件直接鍵合是減小熱阻的理想選擇。鍵合技術是通過化學和物理作用將已鏡面拋光的同質或異質的晶片緊密的結合起來。目前，金剛石晶圓鍵合研究較為多見的是金剛石與GaN、Si等材料鍵合。

目前金剛石晶圓鍵合的方法有三種：1.通過粘附層；2.分子束外延生長金剛石；3.等離子體活化低溫直接鍵合。其中，第3種方式的界面熱阻和內應力都極小，可有效改善半導體器件的散熱性能，而引起了廣泛的研究。

研究表明，金剛石的平整度及粗糙度影響著鍵合的質量。化合積電為國內外多個研究團隊提供多晶金剛石晶圓，并助力晶圓鍵合取得成功。值得一提的是，化合積電獨創等離子體反應離子刻蝕和機械/化學機械拋光工藝，經過研磨拋光后的金剛石生長面表面平整如鏡，光澤度極高，表面粗糙度Ra＜1nm。

常用的熱沉材料有陶瓷氮化鋁、復合材料鉬銅或者金屬銅等，其中陶瓷氮化鋁熱導率為170-230 W/m·k，復合材料鉬銅的熱導率為160-270W/m·k，兩者熱導率都低，難以實現良好的散熱效果，金屬銅的熱導率為400W/m·k，熱膨脹系數較大，易造成比較嚴重的熱失配問題。

CVD金剛石則是絕佳的熱沉材料，在室溫下金剛石具有最高的熱導率，是銅的5倍，又是良好的絕緣體，因而是射頻器件、功率器件、電力電子器件、光電器件、激光器等的理想散熱材料。

為了更好滿足客戶需求，化合積電從產品制造商轉變為金剛石散熱方案提供商，不斷豐富和完善產品線，就金剛石熱沉方面，延伸金屬化服務，面向客戶提供濺射沉積金屬層，亦或是濺射沉積金屬圖案，以及焊料層等，為金剛石與芯片焊接等后道工序提供便利。

如果想要改善GaN薄膜的晶體質量，可以選擇生長良好的AIN薄膜作為GaN的緩沖層（AIN與GaN有更好的晶格匹配和熱匹配）。通過將AlN的濺射和PVD生長應用于LED的制造，是未來發展很有潛力的技術路線之一。經應用端驗證，化合積電高品質藍寶石基氮化鋁（AlN On Sapphire）能夠大幅提升UVC LED產品良率和穩定性，助力產品性能提升。

化合積電協助北大等研究團隊，通過引入PVD原位生長的AlN層，提高硅基GaN-HEMT的MOCVD外延效率。在沉積低密度的大AlN核后，通過延遲聚結的三維生長模式添加GaN，實現無裂紋外延層制備。研究表明，采用高質量的AIN，有利于實現高質量、無裂紋的厚GaN膜生長，同時助力降低RF損耗。

除了藍寶石基氮化鋁和硅基氮化鋁，化合積電在GaN on Diamond 外延生長中，通過特殊工藝生長氮化鋁AIN作為GaN外延層生長的緩沖層，全球首創金剛石基氮化鋁（AlN on Diamond），在被氮化鋁薄膜覆蓋的金剛石襯底上，成功生長AlGaN/GaN外延。

氮化鋁AlN具有的優良的壓電性能、高的表面聲波傳播速度（c軸方向理論上可達6000m/s）和較高的機電耦合系數，是GHz級聲表面波器件的優選壓電材料。

化合積電協同諧振器、濾波器、傳感器等研究方向的行業領先科研團隊，提供高質量氮化鋁壓電材料。在發揮氮化鋁薄膜優良的壓電性能的同時，完美兼容其他半導體材料。