Hekk kif iċ-ċipep tal-kompjuters AI u l-apparati RF tat-tielet-ġenerazzjoni jkomplu jevolvu lejn qawwa ogħla u densitajiet ogħla tal-fluss tas-sħana, il-loġika kompetittiva tal-industrija tal-ġestjoni termali tas-semikondutturi għaddiet minn bidla fundamentali. F'ħafna xenarji ta' falliment ta' apparat high-, il-kawża ewlenija m'għadhiex konduttività termali insuffiċjenti ta 'materjali bażiċi li jiddissipaw is-sħana-, iżda pjuttost reżistenza termali interfaċjali għolja u stabbiltà strutturali fqira taħt kundizzjonijiet ta' ċikliżmu ta '-temperatura għolja. Nitrur tal-aluminju (AlN), bħala materjal taċ-ċeramika rappreżentattiv ta 'konduttività termali għolja, ra l-purità u l-kontroll ta' skala-fin tal-mikrostruttura interfaċjali tiegħu jsiru fatturi kritiċi li jaffettwaw il-prestazzjoni u l-ħajja tas-servizz ta 'semikondutturi ta'-qawwa għolja.
1. Avviż akkademiku: Ion-Implantazzjoni-Teknoloġija ta' Nukleazzjoni Indotta
Biex tindirizza l-punti ta 'uġigħ fl-industrija ta' densità għolja ta 'difetti u reżistenza termali għolja f'interfaces epitassjali f'apparati ta'-qawwa għolja, it-tim tagħna żviluppa teknoloġija ta' nukleazzjoni kkaġunata mill-jone-impjantazzjoni-li tikkontrolla b'mod preċiż it-tkabbir ta 'films irqaq AlN f'-ordnati sew strutturi f'saffi, billi jsolvu problemi b'mod effettiv l-akkumulazzjoni tal-gżira}4} tkabbir każwali li jidher fi proċessi konvenzjonali. Kejl sperimentali juri li dan il-proċess inaqqas ir-reżistenza termali interfaċjali għal terz ta' -dik ta' strutturi tradizzjonali. Dan l-avvanz jgħolli AlN minn materjal ta 'twaħħil awżiljarju sempliċi għal pjattaforma ta' interface integrata universali kompatibbli ma 'varjetà ta' materjali semikondutturi. Jikkonferma wkoll xejra tal-industrija: it-titjib tal-prestazzjoni tal-qawwa tas-semikondutturi m'għadux jiddependi fuq il-parametri tas-sottostrat tal-istivar; anzi, is-saffi tal-interface AlN ta'-purità għolja,-baxx ta' difett isiru l-faċilitatur ewlieni. AlN jgħaqqad konduttività termali għolja, insulazzjoni elettrika għolja, u koeffiċjent ta 'espansjoni termali li jaqbel mill-qrib mal-karbur tas-silikon (SiC) u huwa pjuttost qrib tan-nitrur tal-gallju (GaN), li jagħmilha materjal funzjonali interfacial indispensabbli għall-ippakkjar ta' apparat ta 'heteroepitaxy u ta' preċiżjoni.
2. Kontroll tal-Impurità tal-Ossiġenu: Il-Varjabbli tal-Qofol li tiddetermina l-affidabbiltà tal-Interface tal-Films Irqiq-
Il-prestazzjoni tal-interface fl-aħħar mill-aħħar tiddependi fuq il-kwalità tal-kristall u l-kontroll tal-impurità tal-film irqiq AlN innifsu. Il-konduttività termali teoretika ta '-kristall wieħed AlN tista' tilħaq 320 W/(m·K), li tagħmilha materjal ideali li jiddissipaw is-sħana-. Madankollu, il-prestazzjoni ta 'films irqaq imkabbra b'mod epitassjali hija limitata minn difetti tal-kristall u kontenut ta' impurità. L-impuritajiet tal-ossiġnu fil-film huma l-fattur ewlieni li jirrestrinġi l-konduttività termali u li jaffettwa l-istabbiltà tal-wiċċ. AlN għandu attività kimika għolja u huwa suxxettibbli li jinkorpora atomi ta 'ossiġnu waqt it-tkabbir epitassjali. Ladarba l-atomi tal-ossiġnu jidħlu fil-kannizzata tal-kristall, jiffurmaw postijiet vakanti tal-aluminju, jinduċu distorsjoni tal-kannizzata, u jtejbu t-tifrix tal-phonon, u b'hekk inaqqsu l-konduttività termali intrinsika tal-film.
L-impatt tal-impuritajiet tal-ossiġnu fuq l-apparati semikondutturi jippersisti matul il-ħajja tas-servizz tagħhom. L-ossiġnu maħlul fi ħdan il-kannizzata jagħmel ħsara permanenti lill-istruttura tal-kristall; ossiġnu residwu fil-film jifforma kumplessi ta 'difetti waqt operazzjoni ta' temperatura għolja-, li jaggrava r-reżistenza termali interfaċjali. F'ambjenti b'ċikliżmu termali frekwenti, dawn id-difetti jakkumulaw gradwalment, li jwasslu għal żieda kontinwa fir-reżistenza termali interfacial. Fuq tħaddim fit-tul-, l-apparati huma suxxettibbli għal degradazzjoni tal-enerġija u affidabilità mnaqqsa. Għalhekk, il-preparazzjoni ta' films irqaq ta' AlN ta'-ossiġenu baxx, ta'-kristallinità għolja saret direzzjoni teknika kritika għal skoperti fil-prestazzjoni tal-apparat ta'-qawwa għolja.
3. Sommarju u Outlook
Bħalissa, iċ-Ċina bniet bażi solida ta 'riċerka teoretika u sperimentali fil-qasam tal-films irqaq AlN. Bl-użu ta' tekniki ġodda ta' tkabbir bħall-impjantazzjoni tal-joni, reżistenza termali baxxa, films irqaq strutturati tajjeb- jistgħu jiġu prodotti fuq skala tal-laboratorju. Madankollu, dawn it-teknoloġiji avvanzati ta 'preparazzjoni interfacial għadhom ma mmaturawx għal applikazzjoni industrijali minħabba spejjeż għoljin ta' fabbrikazzjoni, rendiment baxx tal-lott, u kompatibilità tal-proċess insuffiċjenti. Bħala riżultat, films irqaq ta' -AlN ta' prestazzjoni għolja għadhom ma jistgħux jiġu adottati b'mod wiesa' f'apparati semikondutturi-high-end.
Minħabba li t-teknoloġija tal-produzzjoni tal-massa għal interfaces ta' film irqiq-high-ma nkisbet, soluzzjonijiet domestiċi ta' ġestjoni termali jiffaċċjaw sfidi sinifikanti f'applikazzjonijiet ta'-valur għoli bħal ċipep ta' grad-automotive, ċipep tal-kompjuters high{-end, u apparati RF ta' frekwenza-għoli, b'rata ta' penetrazzjoni baxxa persistenti. Il-qofol tal-konġestjoni jinsab fl-istabbiltà strutturali inadegwata ta' interfaces ta'-film irqiq taħt-kundizzjonijiet ta' ċikli termali fit-tul.
L-iżvilupp futur tal-industrija għandu jkompli jiffoka fuq l-ottimizzazzjoni iterattiva tal-proċessi ta' tkabbir tal-film irqiq-AlN, li jtejjeb b'mod kostanti l-aspetti ewlenin bħall-istabbiliment ta' ambjenti ta' tkabbir ta'-purità għolja u l-purifikazzjoni ta' gassijiet prekursuri ta'-purità għolja, filwaqt li tikkontrolla b'mod rigoruż l-inkorporazzjoni ta 'impuritajiet ta' ħsara bħall-ossiġnu fil-lattice. L-industrija għandha tipprijoritizza s-soluzzjoni ta' kwistjonijiet kritiċi bħall-konsistenza ta' lott-ma-lott ta' fabbrikazzjoni ta' film-rqiq, saħħa ta' twaħħil interfaċjali, u stabbiltà tas-servizz fit-tul-, filwaqt li kontinwament tnaqqas l-ispejjeż tal-produzzjoni u tħaffef il-kummerċjalizzazzjoni tat-teknoloġiji tal-laboratorju. B'hekk biss il-films irqaq ta' -AlN ta' prestazzjoni għolja jistgħu verament jiksbu adozzjoni kummerċjali mifruxa u jgħinu biex jingħelbu l-konġestjoni termika interna għall-industrija domestika tas-semikondutturi ta'-qawwa għolja taċ-Ċina.