人工晶体学报

作者：梁礼峰, 郁鑫鑫, 李忠辉, 刘金龙, 李成明, 王鑫华, 魏俊俊

单位：1.南京电子器件研究所，中国电科碳基电子重点实验室，南京 210016；2.北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083；3.中国科学院微电子研究所，高频高压器件及集成电路研发中心，北京 100029

关键词：纳米晶金刚石,GaN,AlN介质层,热导率,界面热阻,原子层沉积,静电自组装播种,

基金：国家自然科学基金(52172037);国家自然科学基金(52350362)

GaN表面生长金刚石钝化膜可用于改善器件传热能力，提升器件功率特性及可靠性。在GaN和金刚石层中间的介质层，对于实现高质量的GaN表面金刚石（Diamond-on-GaN）至关重要。本研究采用原子层沉积（ALD）技术在GaN表面预先沉积了10 nm的晶态/非晶态混合的AlN介质层，并通过氧终端金刚石悬浮液在AlN层上实现了高密度静电自组装播种；随后通过优化的微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）工艺再生长约120 nm厚的纳米晶金刚石（NCD）薄膜。表面氧终端调控的纳米金刚石悬浮液可以在AlN介质层表面实现高密度播种，结合梯度甲烷的MPCVD金刚石生长工艺，制备出了具有高结晶度、低粗糙度（Ra=15.2 nm）和低残余应力（0.84 GPa）的NCD薄膜。时域热反射（TDTR）测量表明，NCD薄膜的热导率约为123.85 W·m-1·K-1，GaN与NCD之间的有效界面热阻（TBReff）为（9.78±0.27） m2·K·GW-1。透射电子显微镜（TEM）分析表明，AlN介质层有效保护了GaN免受等离子体刻蚀，并实现了金刚石和GaN之间的光滑界面。本研究表明，采用薄的ALD AlN作为在GaN表面生长金刚石的介质层可以与氧终端金刚石籽晶实现静电自组装，从而提高金刚石形核密度，再通过梯度甲烷金刚石沉积工艺，能够在GaN上沉积出高质量的NCD薄膜并降低金刚石与GaN的界面热阻。

来源：2025年第8期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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