Þar sem gervigreind tölvukubbar og þriðju-kynslóð RF tæki halda áfram að þróast í átt að meiri afli og meiri hitaflæðisþéttleika hefur samkeppnisrökfræði hálfleiðara varmastjórnunariðnaðar tekið grundvallarbreytingu. Í mörgum háþróuðum-tilfellum fyrir bilun í tækjum er undirrótin ekki lengur ófullnægjandi varmaleiðni grunnhita-dreifandi efna, heldur mikil varmaviðnám milliflata og lélegur burðarstöðugleiki við háan-hitahringrásaraðstæður. Álnítríð (AlN), sem dæmigert keramikefni með mikilli hitaleiðni, hefur séð hreinleika og fínn-kvarðastýringu á milliflata örbyggingu þess verða mikilvægir þættir sem hafa áhrif á afköst og endingartíma há-hálfleiðara.
1. Akademísk bylting: jóna-ígræðsla-kjörnunartækni
Til að takast á við sársaukapunkta iðnaðarins vegna mikillar gallaþéttleika og mikillar hitauppstreymis við epitaxial tengi í há-afl tækjum, hefur teymið okkar þróað jóna-ígræðslu-kjarnatækni sem stjórnar nákvæmlega vexti AlN þunnra filma yfir í vel-röðuð lagskipt kerfi sem veldur uppsöfnun vandamála í raun og veru. eyja-eins og tilviljunarkenndur vöxtur sem sést í hefðbundnum ferlum. Tilraunamælingar sýna að þetta ferli dregur úr hitamótstöðu milliflata í þriðjung þess sem hefðbundin mannvirki hefur. Þessi bylting lyftir AlN úr einföldu hjálpartengiefni í alhliða samþættan viðmótsvettvang sem er samhæft við margs konar hálfleiðaraefni. Það staðfestir einnig þróun iðnaðarins: aukning á afköstum hálfleiðara treystir ekki lengur á stöflun undirlagsbreytur; frekar, hár-hreinleiki, lítil-gölluð AlN viðmótslög verða algerlega virkjarinn. AlN sameinar mikla hitaleiðni, mikla rafeinangrun og varmaþenslustuðul sem passar náið við kísilkarbíð (SiC) og er nokkuð nálægt gallíumnítríði (GaN), sem gerir það að ómissandi gagnvirku milliflötsefni fyrir misskiptingu og nákvæmni umbúðir tækja.
2. Súrefnisóhreinindastýring: Kjarnabreytan sem ákvarðar þunnt-viðmótsáreiðanleika kvikmynda
Frammistaða viðmótsins veltur að lokum á kristalgæðum og óhreinindastjórnun AlN þunnrar filmunnar sjálfrar. Fræðileg hitaleiðni einkristalls AlN getur náð 320 W/(m·K), sem gerir það að kjörnu hitaleiðni-efni. Hins vegar takmarkast frammistaða þunnra filma sem vaxið er í epitaxial af kristalgöllum og innihaldi óhreininda. Súrefnisóhreinindi í filmunni eru lykilþátturinn sem takmarkar hitaleiðni og hefur áhrif á stöðugleika milliflata. AlN hefur mikla efnavirkni og er viðkvæmt fyrir því að fella inn súrefnisatóm við vöxt í húðþekju. Þegar súrefnisatóm koma inn í kristalgrindina mynda þau laus álrými, valda grindarbjögun og auka fónóndreifingu og draga þannig úr innri varmaleiðni filmunnar.
Áhrif súrefnisóhreininda á hálfleiðaratæki eru viðvarandi allan endingartíma þeirra. Uppleyst súrefni innan grindarinnar skemmir varanlega kristalbygginguna; súrefnisleifar í filmunni myndar gallasamstæður við háan-hita, sem eykur hitaþol milliflata. Í umhverfi með tíðar hitauppstreymi safnast þessir gallar smám saman upp, sem leiðir til stöðugrar aukningar á hitaþoli milliflata. Við langtíma notkun eru tæki viðkvæm fyrir aflrýrnun og minni áreiðanleika. Þess vegna hefur undirbúningur á lág-súrefnis-, hár-kristöllunarstyrkur AlN þunnt filmu orðið mikilvæg tæknileg stefna fyrir bylting í afköstum tækja með miklum-afköstum.
3. Samantekt og horfur
Eins og er hefur Kína byggt upp traustan fræðilegan og tilraunarannsóknargrundvöll á sviði AlN þunnfilma. Með því að nota nýjar vaxtartækni eins og jónaígræðslu, lágt hitauppstreymi er hægt að framleiða vel-uppbyggðar þunnar filmur á rannsóknarstofukvarða. Samt sem áður hefur þessi háþróaða tækni til að undirbúa viðmótun ekki enn þroskast til notkunar í iðnaði vegna mikils framleiðslukostnaðar, lítillar framleiðslulotu og ófullnægjandi ferlisamhæfni. Fyrir vikið er ekki enn hægt að nota há-afköst AlN þunnar filmur í háum-hálfleiðaratækjum.
Þar sem fjöldaframleiðslutækni fyrir há-þunn-filmuviðmót hefur ekki verið náð, standa innlendar varmastjórnunarlausnir frammi fyrir verulegum áskorunum í há-gildum forritum eins og bíla-flísum, háum-tölvukubbum og há-tíðni RF tækjum, með viðvarandi tíðni RF tækja. Kjarni flöskuhálsinn liggur í ófullnægjandi byggingarstöðugleika þunnra-filmuviðmóta við langtíma-varmahringrásaraðstæður.
Framtíðarþróun iðnaðar ætti að halda áfram að einbeita sér að endurtekinni hagræðingu AlN þunnt-filmuvaxtarferla, stöðugt að bæta lykilþætti eins og stofnun vaxtarumhverfis með mikilli-hreinleika og hreinsun forefnislofttegunda með mikilli-hreinleika, á sama tíma og strangt stjórna innlimun skaðlegra óhreininda eins og súrefnis. Iðnaðurinn verður að forgangsraða við að leysa mikilvæg vandamál eins og lotu-til-lotusamkvæmni þunnrar-filmugerðar, styrkleika milliflata og langtímaþjónustustöðugleika, en stöðugt að draga úr framleiðslukostnaði og flýta fyrir markaðssetningu rannsóknarstofutækni. Aðeins þannig geta-afkastamikil AlN þunn filmur sannarlega náð víðtækri innleiðingu í viðskiptalegum tilgangi og hjálpað til við að sigrast á innri hitauppstreymi fyrir innlendan-háafl hálfleiðaraiðnað Kína.