大气条件下InP和金刚石衬底直接键合实现高效散热

磷化铟具有高电子传输速度、低接触电阻和大异质结偏移等优势，被作为下一代高频高功率电子器件的新型半导体材料。随着电子设备的小型化和高功率运行需求渐涨，这些高功率密度设备的散热问题成了集成电路行业发展的绊脚石。金刚石具有固体材料中最高的热导率 (2200 W/m/K)，以金刚石作为散热衬底与器件直接键合是减小热阻的理想选择。而目前关于 InP 和金刚石衬底直接键合的研究还很少。

来自日本国家先进工业科学技术研究所的Takashi Matsumae团队通过将氧等离子体活化的 InP 基板和用NH3/H2O2清洁的金刚石衬底在大气条件下接触，随后将InP/金刚石复合样品在 250℃ 下退火，使两种材料通过厚度为 3 nm 的非晶中间层形成了剪切强度为 9.3 MPa 的原子键。相关论文以题为"Lowtemperature direct bonding of InP and diamond substrates under atmospheric conditions"发表在Scientific Reports。

该工艺通过由氧等离子体处理的InP衬底与在大气条件下用NH3、H2O2和H2O的混合物清洗过的金刚石衬底接触，然后在250℃下对接触的样品进行退火来形成直接键合。由于在预键合处理后两个基底表面都是原子级光滑的，因此InP和金刚石基板成功地产生了剪切强度为 9.3 MPa 的直接键合。界面分析表明，它们通过厚度约为3 nm的非晶中间层结合，没有裂纹或纳米空隙。由于可以通过简单的程序实现先进的热管理，因此这种键合技术将有助于未来具有更高集成度和功率密度的InP半导体电子器件。

但作为一个以热管理为目的的键合工艺，笔者认为，InP/金刚石复合材料的热导率测量与散热效率类比应该是必不可少的。但文中提供的键合方式，相比当前制备氮化镓/金刚石、硅/金刚石等复合材料的异质外延化学气相沉积(CVD)、磁控溅射等工艺简单高效了不少，并降低了生产成本，有助于新型集成半导体电子材料的快速量产。 (百度学术)