Memandangkan cip pengkomputeran AI dan peranti RF generasi ketiga-terus berkembang ke arah kuasa yang lebih tinggi dan ketumpatan fluks haba yang lebih tinggi, logik persaingan industri pengurusan haba semikonduktor telah mengalami perubahan asas. Dalam banyak-senario kegagalan peranti canggih, puncanya bukan lagi kekonduksian terma asas-bahan yang melesap, sebaliknya rintangan haba antara muka yang tinggi dan kestabilan struktur yang lemah dalam keadaan kitaran suhu-tinggi. Aluminium nitrida (AlN), sebagai bahan seramik kekonduksian terma tinggi yang mewakili, telah menyaksikan ketulenan dan kawalan-skala halus bagi struktur mikro antara mukanya menjadi faktor kritikal yang mempengaruhi prestasi dan hayat perkhidmatan semikonduktor kuasa tinggi-.
1. Kejayaan Akademik: Ion-Implantasi-Teknologi Nukleasi Teraruh
Untuk menangani titik kesakitan industri yang mempunyai ketumpatan kecacatan yang tinggi dan rintangan haba yang tinggi pada antara muka epitaxial dalam-peranti kuasa tinggi, pasukan kami telah membangunkan-implantasi-teknologi nukleasi teraruh ion yang mengawal dengan tepat pertumbuhan filem nipis AlN ke dalam struktur berlapis yang-tersusun dengan baik, dengan berkesan menyelesaikan isu penumpukan pulau{4}} dengan berkesan proses. Pengukuran eksperimen menunjukkan bahawa proses ini mengurangkan rintangan haba antara muka kepada satu-pertiga daripada struktur tradisional. Kejayaan ini meningkatkan AlN daripada bahan ikatan tambahan mudah kepada platform antara muka bersepadu universal yang serasi dengan pelbagai bahan semikonduktor. Ia juga mengesahkan trend industri: peningkatan prestasi kuasa semikonduktor tidak lagi bergantung pada parameter substrat susun; sebaliknya, lapisan antara muka AlN-ketulenan tinggi,{10}}rendah menjadi pemboleh teras. AlN menggabungkan kekonduksian haba yang tinggi, penebat elektrik yang tinggi dan pekali pengembangan terma yang hampir sepadan dengan silikon karbida (SiC) dan agak hampir dengan galium nitrida (GaN), menjadikannya bahan fungsian antara muka yang sangat diperlukan untuk pembungkusan peranti heteroepitaksi dan ketepatan.
2. Kawalan Kekotoran Oksigen: Pembolehubah Teras Menentukan Kebolehpercayaan Antara Muka Filem-Nipis
Prestasi antara muka akhirnya bergantung pada kualiti kristal dan kawalan kekotoran filem nipis AlN itu sendiri. Kekonduksian terma teoritis bagi-kristal AlN tunggal boleh mencapai 320 W/(m·K), menjadikannya bahan pelesapan-haba yang ideal. Walau bagaimanapun, prestasi filem nipis yang ditanam secara epitaksi dihadkan oleh kecacatan kristal dan kandungan kekotoran. Kekotoran oksigen dalam filem adalah faktor utama yang menyekat kekonduksian terma dan menjejaskan kestabilan antara muka. AlN mempunyai aktiviti kimia yang tinggi dan cenderung untuk menggabungkan atom oksigen semasa pertumbuhan epitaxial. Sebaik sahaja atom oksigen memasuki kekisi kristal, ia membentuk kekosongan aluminium, mendorong herotan kekisi, dan meningkatkan penyerakan fonon, dengan itu mengurangkan kekonduksian terma intrinsik filem.
Kesan kekotoran oksigen pada peranti semikonduktor berterusan sepanjang hayat perkhidmatannya. Oksigen terlarut dalam kekisi merosakkan struktur kristal secara kekal; sisa oksigen dalam filem membentuk kompleks kecacatan semasa-operasi suhu tinggi, memburukkan lagi rintangan haba antara muka. Dalam persekitaran dengan kitaran haba yang kerap, kecacatan ini terkumpul secara beransur-ansur, membawa kepada peningkatan berterusan dalam rintangan haba antara muka. Sepanjang-pengoperasian jangka panjang, peranti terdedah kepada kemerosotan kuasa dan mengurangkan kebolehpercayaan. Oleh itu, penyediaan filem nipis AlN yang rendah-oksigen,{7}}tinggi{7}}berhabluran telah menjadi arah teknikal yang kritikal untuk penemuan dalam prestasi peranti kuasa tinggi-.
3. Ringkasan dan Tinjauan
Pada masa ini, China telah membina asas penyelidikan teori dan eksperimen yang kukuh dalam bidang filem nipis AlN. Menggunakan teknik pertumbuhan baru seperti implantasi ion, rintangan haba yang rendah,-filem nipis berstruktur baik boleh dihasilkan pada skala makmal. Walau bagaimanapun, teknologi penyediaan antara muka termaju ini masih belum matang untuk aplikasi industri disebabkan oleh kos fabrikasi yang tinggi, hasil kelompok yang rendah dan keserasian proses yang tidak mencukupi. Akibatnya, filem nipis AlN berprestasi tinggi-belum boleh digunakan secara meluas dalam-peranti semikonduktor tinggi.
Oleh kerana teknologi pengeluaran besar-besaran untuk antara muka filem-nipis-tinggi tinggi belum dicapai, penyelesaian pengurusan terma domestik menghadapi cabaran yang ketara dalam-aplikasi bernilai tinggi seperti cip gred-automotif, cip pengkomputeran-tinggi dan-peranti RF frekuensi tinggi, dengan penembusan rendah yang berterusan. Halangan teras terletak pada kestabilan struktur yang tidak mencukupi-antara muka filem nipis di bawah-keadaan kitaran haba jangka panjang.
Pembangunan industri masa depan harus terus menumpukan pada pengoptimuman berulang proses pertumbuhan filem-tipis AlN, menambah baik secara berterusan aspek utama seperti penubuhan-persekitaran pertumbuhan ketulenan tinggi dan penulenan-gas prekursor ketulenan tinggi, sambil mengawal ketat penggabungan bendasing berbahaya seperti oksigen ke dalam kekisi. Industri mesti mengutamakan penyelesaian isu kritikal seperti kumpulan-ke-konsistensi kelompok fabrikasi-filem nipis, kekuatan ikatan antara muka dan-kestabilan perkhidmatan jangka panjang, sambil terus mengurangkan kos pengeluaran dan mempercepatkan pengkomersilan teknologi makmal. Hanya selepas itu, filem nipis AlN berprestasi tinggi boleh benar-benar mencapai penggunaan komersial yang meluas dan membantu mengatasi kesesakan terma dalaman untuk industri semikonduktor kuasa tinggi{10}}dalam negara China.