CN210489602U - 一种高效散热的半导体器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种高效散热的半导体器件，包括半导体衬底，还包括导热微纳结构、氮化物器件和氮化物层，所述氮化物器件设有若干个，所述导热微纳结构匹配所述氮化物器件设有若干个，所述氮化物器件和所述导热微纳结构相间设置于所述半导体衬底，所述氮化物器件和所述导热微纳结构紧密接合，所述氮化物层设于所述氮化物器件远离所述半导体衬底一侧，本实用新型结构简单，设计合理，相当于在氮化物器件当中嵌入导热微纳结构做为导热通道，此通道可以通过优化大小与排列，最大限度地提高氮化物外延材料综合导热性能，从而有效保证半导体器件的散热效果。

Description

一种高效散热的半导体器件

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种高效散热的半导体器件。

背景技术

半导体器件是安装在PCB电路板上，通过电路板上的线路设计和半导体器件等电子元件的配置连接，形成完整的电路架构，以提供电子设备所需要的功能，因此，半导体器件性能的可靠性决定了电子设备的使用性能，而半导体器件的散热问题又直接关乎到半导体器件的性能可靠性。

目前半导体器件散热，通常是把半导体器件芯片封装在一些高散热的基板上，将半导体器件散发的热量经基板传导到外界，此散热方式有两个缺点，其一是封装工艺使用塑封材料，其二半导体芯片材料散热比较差，结温比较高。芯片发出的热量经过半导体材料、衬底、塑封等低导热比材料进行散热，散热效果并不理想。

鉴于上述技术问题，有必要提供一款新的散热效果好的半导体器件，以更好地解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种高效散热的半导体器件，其结构简单，设计合理，散热效果好。

本实用新型采用的技术方案是：一种高效散热的半导体器件，包括半导体衬底，还包括导热微纳结构、氮化物器件和氮化物层，所述氮化物器件设有若干个，所述导热微纳结构匹配所述氮化物器件设有若干个，所述氮化物器件和所述导热微纳结构相间设置于所述半导体衬底，所述氮化物器件和所述导热微纳结构紧密接合，所述氮化物层设于所述氮化物器件远离所述半导体衬底一侧。

对上述技术方案的进一步改进为，所述导热微纳结构由金刚石材料沉积于所述半导体衬底形成。

对上述技术方案的进一步改进为，所述氮化物层将所述导热微纳结构半覆盖或完全覆盖。

对上述技术方案的进一步改进为，所述氮化物器件由氮化物发光二极管、氮化物激光器、氮化物功率电子器件和氮化物微波器件中的任一种设于所述半导体衬底形成。

对上述技术方案的进一步改进为，所述氮化物层包括有依次设置的氮缓冲层、氮化镓层和铝镓氮垒层，所述氮缓冲层接触所述氮化物器件设置。

对上述技术方案的进一步改进为，所述氮缓冲层的厚度为0.0025nm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述氮化镓层的厚度为200nm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述铝镓氮垒层的厚度为20nm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述半导体衬底设为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓衬底中的任一种。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型包括半导体衬底，还包括导热微纳结构、氮化物器件和氮化物层，所述氮化物器件设有若干个，所述导热微纳结构匹配所述氮化物器件设有若干个，所述氮化物器件和所述导热微纳结构相间设置于所述半导体衬底，所述氮化物器件和所述导热微纳结构紧密接合，所述氮化物层设于所述氮化物器件远离所述半导体衬底一侧，本实用新型结构简单，设计合理，相当于在氮化物器件当中嵌入导热微纳结构做为导热通道，此通道可以通过优化大小与排列，最大限度地提高氮化物外延材料综合导热性能，从而有效保证半导体器件的散热效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

附图标记说明：1.半导体衬底、2.导热微纳结构、3.氮化物器件、4.氮化物层、41.氮缓冲层、42.氮化镓层、43.铝镓氮垒层。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型所述的散热效果好的半导体器件，包括半导体衬底1，还包括导热微纳结构2、氮化物器件3和氮化物层4，所述氮化物器件3 设有若干个，所述导热微纳结构2匹配所述氮化物器件3设有若干个，所述氮化物器件3和所述导热微纳结构2相间设置于所述半导体衬底1、且所述氮化物器件3和所述导热微纳结构2紧密接合，所述氮化物层4接触所述氮化物器件3 远离所述半导体衬底1一侧设置，具体地，所述导热微纳结构2由金刚石材料沉积于所述半导体衬底1形成，本实用新型结构简单，设计合理，相当于在氮化物器件3当中嵌入导热微纳结构2做为导热通道，此通道可以通过优化大小与排列，最大限度地提高氮化物外延材料综合导热性能，从而有效保证半导体器件的散热效果，本实施例中，主要是利用高导热比金刚石材料的微纳结构进行导热，金刚石微纳结构制备在芯片外延结构中，从而增加芯片外延材料的综合导热比，具体地，首先在半导体衬底1上制备掩膜，然后利用半导体光刻技术进行蚀刻，进行掩膜图形化，把图形化的掩膜放入MPCVD中进行金刚石薄膜沉积，金刚石的薄膜的厚度可以根据后面氮化物器件3的厚度进行匹配，接着把掩膜去除，形成有图形化的金刚石导热微纳结构2，最后把具备图形化金刚石的衬底放入MOCVD进行氮化物器件3生长，可以根据氮化物器件3结构决定是否用氮化物层4全覆盖金刚石微纳结构，若垂直器件，则不需要完全覆盖，在本实施例中，无需完全覆盖，此结构的金刚石微纳结构的顶部与封装材料直接接触，也可以参与散热，进而有效提高本实用新型的导热性能，具体地，在本实施例中，选取2英寸硅衬底，晶向为<111>，电阻率为0.01Ω.cm，接着利用PECVD沉积一层3μm的二氧化硅，接着利用匀胶机在二氧化硅上旋涂一层 3μm的光刻胶，旋涂好光刻胶后，进行爆光显影工艺，形成图形化胶柱后，接着把其放进BOE溶液里面进行二氧化硅掩膜图形化，有胶柱保护的区域的二氧化硅流下来，其它区域则蚀刻掉，然后利用去胶剂把光刻胶去除，最终形成图形化二氧化硅掩膜，把图形化的二氧化硅掩膜放入MPCVD反应室，进行多晶或者单晶金刚石沉积，厚度为2μm，制备好金刚石后，利用BOE进行二氧化硅去除，硅衬底就裸露出来，最终形成图形化的金刚石导热微纳结构2，做好金刚石微纳结构的硅衬底进行无机和有机清洗后，放入MOCVD反应室中，进行氮化物器件3生长，氮化物器件3即从金刚石微纳结构相邻裸露的硅衬底上进行生长。

在另一些具体实施例中，所述氮化物层4将所述导热微纳结构2完全覆盖，此实施例是针对横向器件，可以通过氮化物层4外延生长，完全覆盖导热微纳结构2，再进行横向器件材料外延，导热微纳结构2仍然起到高效导热通道的功效，实现本实用新型的高效散热。

在一些具体可选实施例中，所述氮化物器件3由氮化物发光二极管、氮化物激光器、氮化物功率电子器件和氮化物微波器件中的任一种设于所述半导体衬底1形成，本实施例中的氮化物器件3，可根据需求选用，使用方便。

另一具体实施例中，所述氮化物层4包括有依次设置的氮缓冲层41、氮化镓层42和铝镓氮垒层43，所述氮缓冲层41接触所述导热微纳结构2和所述氮化物器件3设置，所述氮缓冲层41的厚度为0.0025nm，所述氮化镓层42的厚度为200nm，所述铝镓氮垒层43的厚度为20nm，所述半导体衬底1设为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓衬底中的任一种，本实施例中，完成氮化物器件3生长后，选择先生长2.5μm厚的铝镓氮缓冲层41，然后进行200nm的氮化镓层42生长，接着进行生长20nm 20％铝组分的铝镓氮生长，金刚石微纳结构在氮化物器件3中可以扮演高效的散热通道，最终形成具备散热效果好的半导体器件。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高效散热的半导体器件，包括半导体衬底，其特征在于，还包括导热微纳结构、氮化物器件和氮化物层，所述氮化物器件设有若干个，所述导热微纳结构匹配所述氮化物器件设有若干个，所述氮化物器件和所述导热微纳结构相间设置于所述半导体衬底，所述氮化物器件和所述导热微纳结构紧密接合，所述氮化物层设于所述氮化物器件远离所述半导体衬底一侧。

2.根据权利要求1所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述导热微纳结构由金刚石材料沉积于所述半导体衬底形成。

3.根据权利要求1所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述氮化物层将所述导热微纳结构半覆盖或完全覆盖。

4.根据权利要求1所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述氮化物器件由氮化物发光二极管、氮化物激光器、氮化物功率电子器件和氮化物微波器件中的任一种设于所述半导体衬底形成。

5.根据权利要求1所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述氮化物层包括有依次设置的氮缓冲层、氮化镓层和铝镓氮垒层，所述氮缓冲层接触所述氮化物器件设置。

6.根据权利要求5所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述氮缓冲层的厚度为0.0025nm。

7.根据权利要求5所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述氮化镓层的厚度为200nm。

8.根据权利要求5所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述铝镓氮垒层的厚度为20nm。

9.根据权利要求1所述的一种高效散热的半导体器件，其特征在于，所述半导体衬底设为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓衬底中的任一种。

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