[发明专利]直接生长法制备金刚石辅助散热碳化硅基底GaN-HEMTs的方法

说明书

直接生长法制备金刚石辅助散热碳化硅基底GaN‑HEMTs的方法，本发明涉及金刚石与碳化硅连接的散热结构的制备方法，它为了解决现有GaN HEMTs的散热性能有待提高的问题。制备金刚石辅助散热碳化硅基底的方法：一、在SiC基片表面刻蚀出孔洞；二、超声清洗SiC基片；三、在SiC晶片的表面建立辅助形核点；四、沉积金刚石层；五、将上表面的金刚石膜层去掉，留下孔洞中金刚石膜层；六、超声清洗；七、在SiC晶片上的孔洞中进行沉积，金刚石沉积填满孔洞。本发明制备金刚石的纯度高，热导率较高，金刚石与SiC结构类似，相容性好，制备的金刚石位于器件下方，有针对性地将热点热量极快导出。

技术领域

本发明涉及金刚石与碳化硅连接的散热结构的制备方法。

背景技术

由于现在器件的发展迅速，电子器件的频率与集成度越来越高，因此产热的集中性也越来越高，器件产热对于工作的稳定性不容忽视。因此，如何高效，快速的将热量导出，成为业界研究的重点。对于导热材料的要求，便愈发急迫。热导率(thermal conductivity)便是描述材料导热性能的关键参数，高热导率材料的制备，是电子器件前进路上必不可少的一环。

GaN作为第三代半导体材料的代表，是现在及将来许多半导体器件的主要制备材料。但是，GaN的热导率只有220W/(m·K)，现GaNHEMTs晶圆基底一般为碳化硅(SiC)，其热导率仅约400W/(m·K)。在半导体器件的使用过程中会有大量热量产生，影响器件运行效率，现有GaN器件功率密度在10W/mm以下，而其极限为60W/mm，并随着电子器件频率的提升，热量积聚的问题会尤为凸显，因此，如何解决GaN器件的散热问题，制备一种新型的散热结构是重中之重。

而金刚石拥有着众多优异性质：在室温下的热导率极高，达2200W/(m·K)、且电阻率较高、稳定性好，是作为散热材料的极好选择，现有最优GaNHEMTs散热方法最优方法为金刚石基GaNHEMTs，但是其制备工艺复杂，生产成本高，并需要推翻现有产线结构。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有GaN HEMTs的散热性能有待提高的问题，而提供一种金刚石与SiC基底复合散热结构的制备方法。

本发明直接生长法制备金刚石辅助散热碳化硅基底GaN-HEMTs的方法按以下步骤实现：

一、利用激光刻蚀或者金属镀层刻蚀方法在SiC基片表面刻蚀出孔洞，孔洞位置位于GaN-HEMTs下方，孔洞的深度为100～400μm，得到含有孔洞结构的SiC晶片；

二、将含有孔洞结构的SiC晶片依次置于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，得到清洗后含有孔洞结构的SiC晶片；

三、在步骤二清洗后含有孔洞结构的SiC晶片的表面旋涂纳米金刚石悬浮液，得到建立辅助形核点的SiC晶片；

四、将建立辅助形核点的SiC晶片置于MPCVD装置中沉积金刚石层，通入氢气与甲烷气体，控制氢气流量100～300sccm，甲烷流量5～30sccm，沉积气压100～300mBar，沉积温度700～900℃，持续1～4h，得到带有金刚石形核膜层的SiC晶片；

五、对带有金刚石形核膜层的SiC晶片进行抛光，将上表面的金刚石膜层去掉，留下孔洞中金刚石膜层，得到孔洞中带有金刚石膜层的SiC晶片；

六、将孔洞中带有金刚石膜层的SiC晶片依次置于无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，得到清洗后孔洞中带有金刚石膜层的SiC晶片；

七、将步骤六得到的清洗后孔洞中带有金刚石膜层的SiC晶片置入MPCVD装置中进行沉积，只在SiC晶片上的孔洞中进行沉积，通入氢气与甲烷气体，控制氢气流量100～300sccm，甲烷流量5～30sccm，沉积气压100～300mBar，沉积温度700～900℃，沉积填满孔洞，完成金刚石辅助散热GaN-HEMTs碳化硅基底的制备。