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       3月11日，日本住友电气工业公司宣布，与大阪公立大学共同在直径两英寸的多晶金刚石（PCD）基板上成功制作出氮化镓（GaN）晶体管，将其热阻降至硅（Si）的1/4、碳化硅（SiC）的1/2。这项重要突破将改善用于无线通信的高频半导体GaN晶体管的散热性能，从而实现更高的频率和输出。

       近年来，随着无线通信信息量的增加，对GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的更高频率化、更高输出功率的要求越来越高。但这种方式也存在一些问题，例如设备运行时的自发热会限制其输出，导致信号无法发送，从而降低通信性能和可靠性。为解决这些问题，大阪公立大学利用热导率极高的金刚石作为GaN HEMT衬底，成功提高了散热特性。

       一般情况下，GaN HEMT采用Si或SiC作为衬底，但鉴于金刚石具有优异的热导率（约为Si的12倍、SiC的4-6倍），作为衬底时可以将热阻分别降低至1/4和1/2。
       多晶金刚石因晶粒尺寸较大，表面粗糙度较差，很难在不使用焊料或其他粘合材料的情况下直接粘合到GaN层上。通过住友电工的金刚石衬底抛光技术，将表面粗糙度降低到传统技术的一半，并整合大阪公立大学将GaN层从Si衬底转移到多结晶金刚石上的技术，成功地将GaN层直接键合到2英寸的多晶金刚石上，证明了GaN结构在多晶金刚石上的可行性及其散热特性的均匀性。

2英寸大面积多晶金刚石衬底上实现高频器件用的GaN-HEMT结构

目前GaN基器件已广泛用于光电子、射频和汽车领域。但因源区结热问题，GaN基功率器件未能充分发挥优势，传统衬底及封装散热技术难以解决“热”瓶颈难题。金刚石作为新型热管理材料，具有超高热导率，在高频、大功率GaN 基高电子迁移率晶体管和电路的散热方面极具应用潜力，近几年来一直是国际研究的热点。

今年1月，大阪公立大学就已取得一项突破性进展——成功地在金刚石基板上制作了GaN晶体管。与传统的SiC基板相比，新型晶体管的散热性能提高了2.3倍。研究团队首先在硅基底上生成了一层3μm厚的GaN层和一层1μm厚的3C-SiC缓冲层，然后将这两层从硅基底上剥离，并通过表面活性化结合法将其与金刚石基板结合，最终制成尺寸为1英寸见方的GaN晶体管。
       美国Akash Systems公司专注于开发用于卫星通信的金刚石基GaN晶体管、功率放大器和无线电设备，产品包括GaN-on-Diamond 晶圆、GaN-on-Diamond RF 器件、金刚石基 GaN MMIC 和放大器等。在卫星通信中，散热主要依靠辐射。使用金刚石基GaN技术，热量从HEMT的通道中排出的速度比使用SiC基GaN快得多，从而允许更高的衬底温度，最终通过辐射更好地散热。
       美国威讯联合半导体（Qorvo）布局天线、功率放大器芯片、滤波器和射频开关等产业。应用GaN-on-Diamond技术使新一代射频放大器的体积缩小了三倍，且功率是目前GaN解决方案的三倍。该公司目前与美国国防高级研究计划局合作，寻求金刚石氮化镓技术领域的新突破。
       日本三菱电机在工业及重电设备、卫星、移动通信设备及尖端半导体等领域占据领先地位。公司生产直接键合在金刚石衬底上的多单元结构GaN HEMT，目的在于提高移动通信基站和卫星通信系统中高功率放大器的功率附加效率。
       国内的研究也十分火热。化合积电作为我国率先开展GaN&Diamond研究的企业，取得了突破性进展。现有GaN on Diamond、Diamond on GaN以及GaN&Diamond键合所需金刚石热沉片，对标国际一流。化合积电现有金刚石热沉片和晶圆级金刚石产品技术指标达到世界领先的水平，晶圆级金刚石生长面表面粗糙度Ra＜1nm，金刚石热沉片的热导率达1000-2000W/m.K。
       埃特曼半导体技术有限公司通过在硅基底上制作GaN层和3C-SiC缓冲层，并将其与金刚石衬底结合，成功制备了尺寸约为1英寸的GaN晶体管。与在SiC衬底上制造的相同形状的晶体管相比，金刚石衬底晶体管的散热能力提高了约2.3倍。
       山东大学的科研团队提出了一种新型散热策略，通过构建金刚石-SiC复合基板，有效解决了GaN基晶体管的自加热问题。研究团队设计并实现了在4H-SiC基板上直接生长多晶金刚石，随后将SiC基板减薄至最佳厚度，以形成金刚石-SiC复合基板。通过模拟和实验验证，与GaN-on-SiC技术相比，GaN-on-金刚石/SiC结构在基础温度25°C和耗散功率7.2 W mm-1的条件下，表面温度降低了52.5°C，热阻降低了约41%。