程哲

(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学和工程系,伊利诺伊 61801)

简单回顾了半导体材料的发展历史,并以基于氮化镓的高电子迁移率晶体管为例,介绍了第三代半导体器件的产热机制和热管理策略.以β 相氧化镓为例,简单讨论了新兴的超宽禁带半导体的发展和热管理挑战.然后重点讨论了一些界面键合技术用于半导体散热的进展,同时指出这些器件中大量存在的界面散热的工程难题背后的科学问题:界面传热的物理理解.在回顾了之前界面传热的理论发展后,指出了理解界面传热当前遇到的一些困难、机遇和方向.

1 引言

半导体技术的前几十年基本上是建立在第一代半导体材料(锗、硅)和第二代半导体材料(传统的三五族化合物,比如砷化镓)上.这些材料的禁带宽度都在2.3 eV 以下.即使宽的禁带宽度意味着能承受更高的击穿电压、更节能、所需材料更少,宽禁带半导体的发展一直很艰难.直到19 世纪80 年代后期至90 年代,氮化镓生长和掺杂技术的突破带来了光电器件的革命,随后也被用于电子器件.碳化硅在电子器件方面的研究则稍早于氮化镓.以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体电子器件在2000 年以后,特别是2010 年之后,开始走向成熟,在功率和射频器件领域实现了一系列革新应用:能源基础设施、可再生能源转化器、国防雷达和电子战技术、卫星通讯.区别三代半导体的主要标准是其禁带宽度.随着5 G 通讯的……