近日，太原理工大學周兵課題組和武漢大學袁超課題組合作，在國際權威期刊《材料表徵》和《金剛石及相關材料》上發表了題為“偏置增強成核對微觀結構和熱的影響”的文章。Gan Sinx金剛石多層複合材料的邊界電阻“和”金剛石生長溫度調節金剛石SinxGan Multilayer結構的微觀組織和熱效能“**。
氮化鎵高電子遷移率電晶體（HEMTS）因其優異的高功率和高頻效能，在大功率射頻器件領域具有廣闊的應用前景。 然而，器件在執行過程中有效溫度的快速公升高，使得難以充分利用高功率優勢，實際功率密度遠低於理論值，限制了器件效能的進一步提公升。
目前，利用多晶金剛石薄膜（厚度為1-3 m，室溫下導熱係數約為300-500 W m K）優異的導熱性，幫助GaN hemts有效地將熱量從活性區域擴散到金剛石層，是一種有效可行的解決方案。 因此，降低金剛石GaN結構的介面熱阻對於GaN包邊非常重要。 金剛石生長過程中有許多條件會影響金剛石GaN多層結構的熱效能和缺陷的形成。 其中，金剛石成核過程中的偏壓和金剛石生長溫度是極其重要的引數，過去尚未得到充分研究。
為了解決當前金剛石成核過程中存在的問題，提出了一種基於微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）金剛石的偏置增強成核技術，該技術控制了金剛石在不同偏置電壓（400-700 V）下的成核，以調節介面熱阻。 偏置電壓的優化有利於建立穩定的等離子體環境，獲得完整的金剛石-氮化鎵多層結構和介面。
採用自主研發的高解像度幫浦浦-探針熱反射率（TTR）表徵了不同偏壓下生長的金剛石薄膜的介面熱阻和熱導率。 此外，通過控制金剛石生長溫度（740-860）來控制金剛石氮化鎵多層結構的微觀結構和熱物理性質（導熱係數和介面熱阻），並通過TTR表徵和結構表徵進行驗證和解釋。 TTR的熱表徵結果表明，在700 V的偏置電壓和800 V的生長溫度下，可以同時獲得多晶金剛石薄膜的最低介面熱阻和最高的熱導率。
這兩項研究結果通過控制MPCVD中的成核偏差和生長溫度，系統地研究了金剛石氮化鎵多層結構中微觀結構和熱物理性質的調控。 結果表明，通過控制金剛石生長的工藝條件，控制金剛石氮化鎵多層結構中的熱物理性質是可行且有效的。 這兩項工作進一步優化了GaN表面金剛石的MPCVD生長過程，有望為GaN HEMTs實現高效散熱和提高器件效能提供潛在的解決方案。
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