(文章來源:攜手健康網(wǎng))
總部位于伊利諾伊大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)前用于預(yù)測(cè)普通半導(dǎo)體材料中熱損失的模型并不適用于所有情況。通過測(cè)試使用四種常用方法制造的氮化鎵半導(dǎo)體的熱性能,研究小組發(fā)現(xiàn)某些技術(shù)可以生產(chǎn)出性能比其他更好的材料。這種新的理解可以幫助芯片制造商找到更好的散熱方法,從而散發(fā)導(dǎo)致器件損壞和使用壽命降低的熱量。
硅芯片正被推向極限,以滿足當(dāng)今電子設(shè)備的需求。氮化鎵是另一種半導(dǎo)體材料,更適合用于高電壓和高電流應(yīng)用,例如5G電話,“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備,機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)駕駛汽車所需的那些。研究人員說,氮化鎵芯片已經(jīng)在使用中,但是還沒有系統(tǒng)的研究來檢查各種形式材料的熱性能。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《應(yīng)用物理學(xué)》雜志上。
研究人員說,氮化鎵芯片是通過將氮化鎵蒸氣沉積在表面上而結(jié)晶成固體而制成的。這項(xiàng)研究的主要作者,電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Can Bayram說:“用于生長(zhǎng)晶體的表面的組成和原子結(jié)構(gòu)會(huì)影響最終產(chǎn)品中的缺陷數(shù)量。” “例如,在硅表面上生長(zhǎng)的晶體產(chǎn)生的半導(dǎo)體具有許多缺陷-導(dǎo)致較低的熱導(dǎo)率和較熱的熱點(diǎn)-因?yàn)楣韬偷壍脑咏Y(jié)構(gòu)非常不同?!?/p>
該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了使用四種技術(shù)上最重要的制造技術(shù)生長(zhǎng)的氮化鎵的熱導(dǎo)率:氫化物氣相外延,高氮化物壓力,藍(lán)寶石上的氣相沉積和硅上的氣相沉積。
為了弄清楚不同的制造技術(shù)如何影響氮化鎵的熱性能,研究小組測(cè)量了每種材料的熱導(dǎo)率,缺陷密度和雜質(zhì)濃度。Bayram說:“利用我們的新數(shù)據(jù),我們能夠開發(fā)出一個(gè)模型,該模型描述缺陷如何影響氮化鎵半導(dǎo)體的熱性能?!?“該模型提供了一種使用缺陷數(shù)據(jù)間接估算樣品導(dǎo)熱系數(shù)的方法,比直接測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)更容易?!?/p>
研究小組發(fā)現(xiàn),硅是氮化鎵生長(zhǎng)中所有表面中最經(jīng)濟(jì)的一種,可以生產(chǎn)出四種常見制造方法中缺陷密度最高的晶體。沉積在藍(lán)寶石上可以制成具有更高導(dǎo)熱性和更低缺陷密度的更好的晶體,但是這種方法并不經(jīng)濟(jì)。Bayram說,氫化物蒸汽外延技術(shù)和高氮化物壓力技術(shù)在熱性能和缺陷密度方面可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,但是這些工藝非常昂貴。
他說,使用在硅上生長(zhǎng)的晶體的氮化鎵基芯片可能足以滿足消費(fèi)電子市場(chǎng)的需求,而成本和負(fù)擔(dān)能力是關(guān)鍵。但是,要求更高可靠性的軍用級(jí)設(shè)備將受益于使用更昂貴的工藝制造的芯片。
Bayram說:“我們正在嘗試創(chuàng)建一個(gè)效率更高的系統(tǒng),以便從設(shè)備中獲得更多收益-也許可以持續(xù)50年而不是5年?!?“了解如何熱消散將使我們重新設(shè)計(jì)系統(tǒng),以便更好地抵御的熱點(diǎn)。這項(xiàng)工作,在I的U.進(jìn)行完全,規(guī)定在技術(shù)上重要的鎵的熱管理的基礎(chǔ)的氮化物系半導(dǎo)體裝置”。