金刚石热沉/衬底助力HEMT器件性能提升

金刚石是超宽禁带半导体材料，，，，具有载流子迁移率高、、、载流子饱和漂移速率大、、
、击穿场强大、、热导率高等优异性质，，是解决高频大功率电子器件散热问题的理想材料。
。
。
。将金刚石作为大功率电器件的热沉/衬底
，，，能大幅提升器件的散热能力，，，，有效改善器件高温退化情况，，
，
，提升器件功率特性等。。。
。 

传统GaN功率器件一般选择Si,SiC等作为衬底材料，，近年来，，
，随着功率器件工艺不断提升，，理论输出功率越来越高，，，频率越来越大，
，，体积越来越小，，仅靠传统的衬底材料通过被动冷却技术，，，已经难以满足高功率条件下的散热需求，，，成为了限制功率器件进一步发展的主要瓶颈之一。。
。 

采用热导率更高的金刚石作为高频、
、、大功率器件的衬底/热沉，，，功率器件展示出了优异的性能：

1. 漏极电流高温退化情况

在200℃下
，
，基于Si衬底的退化速率明显大于基于金刚石的衬底，，
，
，表明采用金刚石的衬底的器件高温退化得到了明显改善。
。采用金刚石衬底
，，器件的散热能力提升，，2DEG随温度的退化也得到有效抑制。。
。

2. 功率特性

转移后的基于金刚石衬底的 HEMTs 器件的饱和输出功率密度输出功率为 2.0W/mm，，较转移前的器件提升了1.56dB。。。。而功率附加效率 PAE 则较转移前器件提升了一倍，
，，，达到 40.12%。。功率性能的改善进一步说明整个转移工艺的成功，，，，也说明了采用金刚石衬底后，，，由于对器件散热能力的调制，，，使得功率特性得以提升。。
。。

3. 结温变化

对转移前后器件的结温进行提取，，，器件面积均为 400μm×400μm，，，可以观察到
，，在相同耗散功率 下
，，，转移后的GaN-on-Diamond HEMTs 器件较 GaN-on-SOI HEMTs 器件结温显著降低
。。可以观察到，，当直流功耗达到 10W/mm 时，，，，GaN-on-SOI HEMTs 器件结温达到 231.6℃，，，，而转移后的 GaN-on-Diamond HEMTs 为 147.7℃，，结温降低 83.9℃。。

4. 热仿真

采用有限元软件 ANSYS 对样品进行热仿真模型的建立，，，并通过结温测试结果对模型进行校准。。转移前 GaN-onSOI HEMTs 中衬底的温升占整个器件温升的 77%
，，
，是阻碍器件散热的主要因素。。
。。而转移后的 GaN-on-Diamond HEMTs 器件温度大幅降低，，
，，其中，
，金刚石衬底的温升仅占器件整体温升的 17%，，，而键合层的温升占据器件整体温升的 42%，，成为影响器件散热能力提升的瓶颈因素，
，，，是后续工艺优化的关键。。。。

数据表明，，采用金刚石热沉/衬底的功率器件具有更高的散热能力
，
，，，这将在高功率射频
、
、微波通信、
、、 5G /6G、、、
、航空航天、
、国防等领域具有极高的应用价值。。。尊龙时凯现已有金刚石热沉片、、
、金刚石晶圆
、
、、金刚石窗口片、
、金刚石基氮化铝、、、金刚石和氮化镓异质集成等产品，，其中金刚石热沉片的热导率1000-2200W/（m.k），，，是高功率器件衬底材料的首选。。。