近日，太原理工大学周兵课题组和武汉大学袁超课题组合作，在国际权威期刊《材料表征》和《金刚石及相关材料》上发表了题为“偏置增强成核对微观结构和热的影响”的文章。Gan Sinx金刚石多层复合材料的边界电阻“和”金刚石生长温度调节金刚石SinxGan Multilayer结构的微观组织和热性能“**。
氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMTS）因其优异的高功率和高频性能，在大功率射频器件领域具有广阔的应用前景。 然而，器件在运行过程中有效温度的快速升高，使得难以充分利用高功率优势，实际功率密度远低于理论值，限制了器件性能的进一步提升。
目前，利用多晶金刚石薄膜（厚度为1-3 m，室温下导热系数约为300-500 W m K）优异的导热性，帮助GaN hemts有效地将热量从活性区域扩散到金刚石层，是一种有效可行的解决方案。 因此，降低金刚石GaN结构的界面热阻对于GaN包边非常重要。 金刚石生长过程中有许多条件会影响金刚石GaN多层结构的热性能和缺陷的形成。 其中，金刚石成核过程中的偏压和金刚石生长温度是极其重要的参数，过去尚未得到充分研究。
为了解决当前金刚石成核过程中存在的问题，提出了一种基于微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）金刚石的偏置增强成核技术，该技术控制了金刚石在不同偏置电压（400-700 V）下的成核，以调节界面热阻。 偏置电压的优化有利于建立稳定的等离子体环境，获得完整的金刚石-氮化镓多层结构和界面。
采用自主研发的高分辨率泵浦-探针热反射率（TTR）表征了不同偏压下生长的金刚石薄膜的界面热阻和热导率。 此外，通过控制金刚石生长温度（740-860）来控制金刚石氮化镓多层结构的微观结构和热物理性质（导热系数和界面热阻），并通过TTR表征和结构表征进行验证和解释。 TTR的热表征结果表明，在700 V的偏置电压和800 V的生长温度下，可以同时获得多晶金刚石薄膜的最低界面热阻和最高的热导率。
这两项研究结果通过控制MPCVD中的成核偏差和生长温度，系统地研究了金刚石氮化镓多层结构中微观结构和热物理性质的调控。 结果表明，通过控制金刚石生长的工艺条件，控制金刚石氮化镓多层结构中的热物理性质是可行且有效的。 这两项工作进一步优化了GaN表面金刚石的MPCVD生长过程，有望为GaN HEMTs实现高效散热和提高器件性能提供潜在的解决方案。
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