CN108376705B - 具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法 - Google Patents
具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108376705B CN108376705B CN201810025888.2A CN201810025888A CN108376705B CN 108376705 B CN108376705 B CN 108376705B CN 201810025888 A CN201810025888 A CN 201810025888A CN 108376705 B CN108376705 B CN 108376705B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gan
- substrate
- graphene
- heat dissipation
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 68
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 86
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 59
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3738—Semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66431—Unipolar field-effect transistors with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法。该氮化镓基功率器件包括自下而上分布的基板、绝缘介质层、电极焊盘、GaN基HEMT器件、石墨烯材料；所述电极焊盘包括源电极焊盘、漏电极焊盘、栅电极焊盘；所述GaN基HEMT器件包括外延层结构和栅电极、源电极和漏电极；所述GaN基HEMT器件的电极通过所述电极焊盘与基板粘合连接，实现倒装的封装结构；在倒装的所述GaN基HEMT器件的衬底材料上采用所述石墨烯材料作为散热材料。本发明的HEMT器件与散热薄膜通过电极焊盘连接，并且倒装结构中HEMT衬底上面采用石墨烯作为散热层，提升了器件的散热效率，利于提升器件的长期可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体微电子技术领域，尤其涉及一种通过石墨烯材料提高AlGaN/GaN器件HEMT热阻的倒装结构。
背景技术
GaN材料具有良好的热学和电学性能和化学稳定性，如宽的禁带宽度，高的击穿电场、高热导率、耐腐蚀和抗辐射等，是制备高频、高温、高压、大功率器件的理想材料。
AlGaN/GaN异质结存在极强的压电极化和自发极化效应，在异质结界面形成高浓度的二维电子气(2DEG)，基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)在功率和射频器件方面具有广泛的应用前景。随着器件功率密度的提升，器件的自热效应明显，器件的自热效应将导致沟道温度升高，严重影响了器件电学和热学性能的进一步提升，并且降低了器件的可靠性，进而制约了器件应用的广泛开展。例如，对于GaN功率器件，其结温每升高10℃，器件的寿命将降低10000小时。目前GaN功率器件所采用的正装封装方式中，器件热量产生于栅极下面的沟道，热量基本上通过GaN层，衬底层和芯片下面的金属层散发到管壳底面，热流从管壳再通过散热器，传导到环境中。随着GaN器件功率的提升以及长期可靠性工作的需要，对器件的散热提出了更高的要求。因此，采用倒装结构，改善芯片与散热器的接触，增大热传导的面积将降低器件的热阻，提高散热。随着GaN基功率器件功率密度的提升，电子器件在高频大功率领域应用中集成化和小型化，使得单位容积电子器件的总功率密度大幅度提高，功耗大部分转化为热能，单位体积功耗的提升导致器件结温显著提高以至于失效。因此，迫切需要一种新型有效可靠的封装结构来降低器件的热阻，实现器件的优良散热，进而提升器件的长期可靠性。本发明提出一种采用石墨烯以及DLC作为散热材料的倒装结构，可以匀化热分布，加强散热效果。
发明内容
本发明针对GaN功率器件散热差，可靠性低等问题，提出一种采用DLC(类金刚石)和石墨烯的倒装结构，基板上采用DLC作为绝缘散热材料提高了基板上的散热效果，同时，倒装结构实现了外延结构与散热基板的连接，有效提高了散热的面积，并且匀化了热场的分布。与此同时，在倒装结构的衬底上采用石墨烯材料进行散热，进一步降低了AlGaN/GaNHEMT器件峰值结温，提高了器件的电流密度，抑制了器件的电流崩塌效应，进而提高GaN基微波功率器件在大功率、高压条件下工作的稳定性和可靠性。
本发明的目的是提供一种散热性能更佳、且稳定可靠的封装结构。为了实现本发明的目的，所采取的技术方案如下：
一种具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，包括基板、绝缘介质层、电极焊盘、GaN基HEMT器件、石墨烯材料。所述电极焊盘包括源电极焊盘、漏电极焊盘、栅电极焊盘；电极焊盘在覆有绝缘介质层的基板材料之上；所述GaN基HEMT器件包括外延层结构和栅电极、源电极和漏电极；GaN基HEMT器件的电极通过电极焊盘与基板粘合连接，实现倒装的封装结构；在倒装的GaN基HEMT器件的衬底材料上采用石墨烯材料作为散热材料。所述基板、绝缘介质层、电极焊盘、GaN基功率器件、石墨烯材料自下而上分布。
根据本发明的实施例，所述基板的材料为AlN或者Al2O3材料。
根据本发明的实施例，所述基板上的绝缘介质层的材料为DLC材料。
根据本发明的实施例，所述基板上的电极焊盘设置在基板上，方便与GaN基HEMT器件上的电极进行连接。
根据本发明的实施例，所述GaN基HEMT器件材料的外延方法采用金属有机物化学气相沉积方法。
根据本发明的实施例，所述GaN基HEMT器件衬底为碳化硅衬底、蓝宝石衬底或者Si衬底。
根据本发明的实施例，所述GaN基HEMT器件外延层分别是GaN高阻缓冲层、GaN高迁移率层、AlGaN势垒层和SiN钝化层。
根据本发明的实施例，所述石墨烯材料通过电化学转移方法或化学转移方法转移到倒装后的芯片衬底材料上，作为界面散热层，进一步提升器件的散热效果。
一种制备上述具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件的方法，包括以下步骤：
1)制备GaN基HEMT器件；
2)在基板上沉积绝缘介质层；
3)在绝缘介质层上制备电极焊盘；
4)将制备的GaN基HEMT器件倒装焊接在基板的上表面，GaN基HEMT器件的源电极、漏电极和栅电极分别于与基板上相应的源电极焊盘、漏电极焊盘和栅电极焊盘连接；
5)通过电化学转移方法或化学转移方法将石墨烯材料转移到倒装结构中GaN基HEMT器件的衬底上。
本发明针对现有GaN HEMT器件在大功率工作条件下存在散热差，长期工作可靠性低的问题，提出将高热导率的类金刚石和石墨烯材料结合芯片的倒装结构来降低器件的热阻，提高散热。正装HEMT芯片热量产生于栅极下面的沟道，热量基本上通过GaN层，衬底层和芯片下面的金属层散发到管壳底面，热流从管壳再通过散热器，传导到环境中。因此，采用倒装结构，改善芯片与散热器的接触，增大热传导的面积将降低器件的热阻，提高散热。为了进一步提高散热的效果，在基板上的绝缘介质材料采用具有高热导率的类金刚石材料可以加速芯片上的热量的传导，此外，在倒装后的衬底材料上采用石墨烯的方法，增大了芯片与外界的传导，仿真结果显示，采用石墨烯之后器件峰值结温降低了10℃左右。有报道称，器件的结温每升高10℃，器件的可靠性将降低10000小时。因此，石墨烯材料在倒装结构中的应用将降低器件的热阻，进而降低器件的峰值热阻，利于提升器件性能和提高器件的长期可靠性。
本发明中基板上的绝缘材料采用类金刚石膜(DLC)，类金刚石膜有极佳的热导率(600-1200W/mk)，具有12倍于铜的散热性，高材料强度、高抗侵蚀性等显著优点，用于基板上的绝缘散热层，可使基板的热导率提升百倍，且DLC与外延材料较匹配，不会因为热而产生热应力，在提高散热性能的同时，有效解决材料热膨胀系数不同所带来的问题，进一步提高器件的可靠性。
与此同时，本发明采用石墨烯材料是作为倒装结构中衬底材料表面的散热材料，将进一步提升GaN基功率器件的散热性能。石墨烯作为散热材料具有以下优势，一方面由于石墨烯较高的热传导系数，其热传导系数在室温下为5E3Wm-1W-1，可以显著提高衬底材料与外界界面之间的热传导。另一方面，石墨烯材料较强的键结构可以影响临近衬底材料SiC、蓝宝石、和Si材料的热传导的过程。因此，为了提高SiC基GaN功率器件的热可靠性，通过在基板上采用DLC材料作为绝缘散热层，起到热传导的作用，同时，通过一定的优化设计，在不影响器件性能的前提下，石墨烯作为倒装结构的衬底材料表面的散热材料，进一步提升了散热的效果，从而提高了器件在高温、高压下工作时的热可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种高可靠AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管外延结构示意图。
图2为本发明实施例的AlGaN/GaN芯片的俯视平面示意图。
图3为本发明实施例的采用石墨烯材料后的倒装器件整体结构图。
图4为本发明实施例采用石墨烯材料前后的倒装器件热仿真结果的对比图，其中(a)图为不采用石墨烯的温度分布仿真结果，(b)图为采用石墨烯的温度分布仿真结果。
具体实施方式
本发明涉及一种采用石墨烯降低AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管热阻的倒装结构。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1示出了本发明实施例的一种高可靠AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管外延结构示意图，其包括以下部分：
[1]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，芯片的衬底材料1为SiC、蓝宝石或者Si材料。
[2]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，芯片的外延结构的GaN高阻缓冲层2。
[3]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，芯片的外延结构的GaN高电子迁移率层3。
[4]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，芯片的外延结构的AlGaN势垒层4。
[5]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，在外延材料上淀积SiNx层5，作为钝化层。
[6]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，在其上制备源电极6。
[7]：获知常规AlGaN/GaN器件结构的前提下，在其上制备漏电极7。
[8]：在所述的源电极和漏电极之间刻蚀掉SiNx表面施主层，形成栅槽区；在所述的栅槽区形成栅电极8。
图2示出了AlGaN/GaN芯片的俯视平面结构示意图。
[9]：在其上制备的源电极6，电极金属为Ti/Al/Ni/Au,电极上的金属通过电子束蒸发的方法实现。
[10]：在其上制备的漏电极7，电极金属为Ti/Al/Ni/Au,电极上的金属通过电子束蒸发的方法实现。
[11]：在其上制备的栅电极8，电极金属为Ni/Au,电极上的金属通过电子束蒸发的方法实现。
图3示出了GaN基功率器件倒装结构的整体结构的截面图。包括基板9，基板上的DLC绝缘介质薄膜10，其上的焊盘11，焊球12，源电极6，漏电极7，栅电极8，AlGaN/GaN外延层13，衬底14，石墨烯15，具体说明如下：
[12]所述基板9的材料为AlN或者Al2O3
[13]基板上的绝缘介质薄膜10是类金刚石(DLC)材料，通过化学气相沉积(CVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在基板9表面生长DLC。由于类金刚石膜具有热导率高、坚硬、耐磨等优异特性，沉积在基板9上，起到很好的散热和保护作用。
[14]通过电镀工艺在绝缘介质层上生长金属电极层。通过反应离子刻蚀、研磨、抛光等工艺得到金属焊盘11.
[15]将GaN基HEMT芯片通过倒装的方法，采用Au-Sn焊料(即图中的焊球12)，将芯片倒装焊接在基板上。通过焊接回流、各向异性导电薄膜加热、施加外力或共晶方式将芯片上的电极6，7和8分别于绝缘层上相应的焊盘键合实现电连接。
[16]GaN基HEMT器件上的漏电极6，电极金属为Ti/Al/Ni/Au,电极上的金属通过电子束蒸发的方法实现。
[17]GaN基HEMT器件上的源电极7，电极金属为Ti/Al/Ni/Au,电极上的金属通过电子束蒸发的方法实现。
[18]GaN基HEMT器件上的栅电极8，电极金属为Ni/Au,电极上的金属通过电子束蒸发的方法实现。
[19]AlGaN/GaN基HEMT的外延层13采用化学气相沉积(MOCVD)的方法实现。其中包括GaN高阻缓冲层、高迁移率层和AlGaN势垒层。
[20]AlGaN/GaN基HEMT的衬底14，衬底可以是SiC衬底，蓝宝石衬底或者Si衬底。
[21]通过电化学转移的方法把石墨烯15转移到芯片的背面衬底14上，石墨烯材料作为表面的散热材料，是由于石墨烯具有高达5000W/mK的热导率，可以进一步的降低倒装芯片的热阻，提高倒装器件整体的散热效果。
电化学转移技术是一种将CVD法合成的石墨烯转移至目标基体的方法，具体是，将PMMA旋涂在CVD石墨烯/Cu上后，以石墨烯为阴极，碳棒是阳极。在通过直流电压后，石墨烯/Cu的表面出现大量的气泡，从而提供一种力，使得PMMA/石墨烯与Cu分离，这种方法制备的石墨烯薄膜能保持大面积的表面完整性。
图4示出了采用石墨烯和DLC作为散热层后倒装结构的热仿真的结果，其中(a)图为不采用石墨烯的温度分布仿真结果，(b)图为采用石墨烯的温度分布仿真结果。从采用石墨烯前后的热仿真结果对比来看，未采用石墨烯的倒装结构的峰值结温是145.72℃，而采用石墨烯后的倒装结构的峰值结温是136.04℃，器件的峰值结温每降低10℃，其可靠性将提高10000小时，因此，采用此倒装结构的器件，其稳定性和热可靠性提升。
本发明中石墨烯的转移方式具有很大灵活性，可采用工艺上容易实现的大面积无损转移的方式，例如化学转移方法。
本发明还可以具有多种实施例，如对基板进行改进，采用增强类金刚石膜与基板之间的结合以及加强基板的绝缘设计的多层结构。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (9)
1.一种具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，其特征在于，包括自下而上分布的基板、绝缘介质层、电极焊盘、GaN基HEMT器件、石墨烯材料；所述电极焊盘包括源电极焊盘、漏电极焊盘、栅电极焊盘；所述GaN基HEMT器件包括外延层结构和栅电极、源电极和漏电极；所述GaN基HEMT器件的电极通过所述电极焊盘与基板粘合连接，实现倒装的封装结构；在倒装的所述GaN基HEMT器件的衬底材料上采用所述石墨烯材料作为散热材料；所述基板之上覆盖DLC材料的绝缘介质层，作为散热层。
2.根据权利要求1所述的具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述基板为AlN或者Al2O3。
3.根据权利要求1所述的具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述GaN基HEMT器件的外延层结构的外延方法采用金属有机物化学气相沉积方法。
4.根据权利要求1所述的具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述衬底为碳化硅衬底，蓝宝石衬底，或Si衬底。
5.根据权利要求1所述的具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述GaN基HEMT器件的外延层结构包括GaN高阻缓冲层，GaN高迁移率层，AlGaN势垒层，SiN钝化层。
6.根据权利要求1所述的具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述石墨烯材料通过电化学转移方法或化学转移方法转移到倒装后的芯片衬底材料上，作为界面散热层。
7.一种权利要求1所述具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备GaN基HEMT器件；
2)在基板上沉积绝缘介质层；所述绝缘介质层是DLC材料；
3)在绝缘介质层上制备电极焊盘；
4)将制备的GaN基HEMT器件倒装焊接在基板的上表面，GaN基HEMT器件的源电极、漏电极和栅电极分别于与基板上相应的源电极焊盘、漏电极焊盘和栅电极焊盘连接；
5)将石墨烯材料转移到倒装结构中GaN基HEMT器件的衬底上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)通过化学气相沉积方法或等离子体增强化学气相沉积方法在基板表面生长DLC。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤5)通过电化学转移方法或化学转移方法将石墨烯材料转移到倒装结构中GaN基HEMT器件的衬底上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810025888.2A CN108376705B (zh) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810025888.2A CN108376705B (zh) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108376705A CN108376705A (zh) | 2018-08-07 |
| CN108376705B true CN108376705B (zh) | 2020-04-03 |
Family
ID=63015684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810025888.2A Active CN108376705B (zh) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | 具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108376705B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111627856A (zh) * | 2019-02-28 | 2020-09-04 | 中国科学院物理研究所 | GaN基半导体器件及其制备方法 |
| CN109917182B (zh) * | 2019-03-27 | 2021-03-16 | 南京邮电大学 | 基于石墨烯压阻效应的微波功率传感器 |
| KR102304613B1 (ko) * | 2019-12-26 | 2021-09-24 | 알에프에이치아이씨 주식회사 | GaN 기반 반도체 패키지 및 이를 제조하는 방법 |
| US20230317692A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | Raytheon Company | Integrated diamond substrate for thermal management |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104538304A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-22 | 中国科学院半导体研究所 | 倒装结构的氮化镓基高电子迁移率晶体管的制作方法 |
| CN107512714A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-12-26 | 西安交通大学 | 一种基于电化学自分离的大面积低损伤的石墨烯转移方法 |
-
2018
- 2018-01-11 CN CN201810025888.2A patent/CN108376705B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108376705A (zh) | 2018-08-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108376705B (zh) | 具有石墨烯散热层的倒装结构的氮化镓基功率器件及其制备方法 | |
| JP5076278B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| CN108511528B (zh) | 具有深漏区的横向双扩散金属氧化物复合半导体场效应管及其制作方法 | |
| CN108364923B (zh) | 采用碳纳米管微通道散热器的氮化镓基功率器件及其制备方法 | |
| CN104409499B (zh) | 半导体外延结构、半导体器件及其制造方法 | |
| CN108878511B (zh) | 基于金刚石的镓面极性氮化镓器件制造方法 | |
| CN109037066A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| CN104851921A (zh) | 一种垂直结构的GaN基肖特基二极管及其制作方法 | |
| CN104538304A (zh) | 倒装结构的氮化镓基高电子迁移率晶体管的制作方法 | |
| CN108615756A (zh) | 半导体器件 | |
| CN204946885U (zh) | 一种GaN基倒装HEMT器件结构 | |
| CN108682663B (zh) | 石墨烯实现GaN基HEMT高效散热的倒装结构及方法 | |
| CN100390974C (zh) | 一种大功率半导体器件用的大面积散热结构 | |
| CN204596798U (zh) | 一种垂直结构的GaN基肖特基二极管 | |
| CN105070701A (zh) | 一种GaN基倒装HEMT器件结构及其制备方法 | |
| CN109671768A (zh) | 一种低结温高耐压的GaN异质结场效应晶体管 | |
| CN111477678B (zh) | 一种基于叉指结构的横向肖特基二极管及其制备方法 | |
| CN105448974A (zh) | 一种GaN基薄膜晶体管结构及其制备方法 | |
| CN103474460A (zh) | 一种高电子迁移率晶体管 | |
| CN103762234B (zh) | 基于超结漏场板的AlGaN/GaN MISHEMT高压器件及其制作方法 | |
| CN103794643B (zh) | 一种基于槽栅高压器件及其制作方法 | |
| CN211789028U (zh) | 一种hemt器件 | |
| CN117374110A (zh) | 一种半导体器件及电子设备 | |
| JP2020027912A (ja) | 化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法及び増幅器 | |
| CN109285882A (zh) | 一种高电子迁移率晶体管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |