产品概述
金刚石基氮化铝(AlN-on-Diamond)是全球首创的高性能复合衬底产品。通过在CVD金刚石基底上外延生长高质量氮化铝(AlN)薄膜,将金刚石的超高热导率(室温下可达2000 W/(m·K))与氮化铝优异的压电性、宽带隙特性完美结合。该产品XRD(0002)摇摆曲线半峰宽<3°,生长面表面粗糙度Ra<2nm(氮化铝厚度200nm),为高品质GaN外延生长和高端电子器件制造提供了革命性衬底方案。
氮化铝(AlN)是极具应用潜力的超宽禁带半导体材料,禁带宽度高达6.2eV,同时具有高击穿场强、高饱和电子迁移率、高化学和热稳定性,及高导热、抗辐射等优异性能。将氮化铝与金刚石衬底结合后,在保留所有AlN优异特性的同时,散热能力提升10倍以上,为高功率密度器件提供了前所未有的热管理能力。
氮化铝(AlN)的材料优势
氮化铝是极具应用潜力的超宽禁带半导体材料,具有以下突出的物理和电学性能:
- 超宽禁带 —— 直接带隙,禁带宽度6.2eV,是重要的深紫外和紫外发光材料
- 高击穿场强 —— 高击穿电场强度、高热导率、高绝缘性、低介电常数、低热膨胀系数,常用于高温高频高功率器件
- 优异压电性能 —— 特别是沿C轴方向,是目前制备各种传感器、驱动器以及滤波器的最佳材料之一
- 与GaN晶格匹配 —— 与GaN晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数,是异质外延生长GaN基光电器件的优选衬底材料
- 高化学稳定性 —— 原子间以共价键相结合,化学稳定性好、熔点高
- 高机械强度 —— 机械强度高、电绝缘性能佳,是一种压电和介电材料
- 晶体薄膜硬度高 —— 可作为耐磨涂层
- CMOS兼容 —— 制备工艺与CMOS兼容,可以和其他器件集成到同一芯片上
- 最优声波传播 —— 具备非铁电材料中最好的声波传播速度,且拥有无与伦比的压电响应,可用于制作高性能声表器件
- 宽禁带发光 —— 具有直接带隙,是重要的蓝光和紫外发光材料
- 超高传声速度 —— 沿c轴取向具有非常好的压电性和声表面波高速传播性能,传声速度快,是所有无机非铁性压电材料中最高的
技术参数
| 基底与尺寸参数 | |
|---|---|
| 基底材料 | 多晶CVD金刚石,200μm–500μm |
| 标准尺寸 | 1cm×1cm; 2英寸; 可定制 |
| AlN外延厚度 | 5–200nm,可定制 |
| 晶面取向 | c-axis [0001] |
| 表面粗糙度 (5×5μm) | Ra < 2nm (200nm) |
| 翘曲度 (Warp) | < 30μm |
| 弯曲度 (Bow) | -10 ~ 15μm |
| 包装 | 单片/多片晶圆盒 |
| 晶体质量与性能指标 | |
|---|---|
| HRXRD半高宽@(0002) | < 3° |
| 金刚石热导率 | 可达 2000 W/(m·K) |
| 金刚石密度 | 3.32 g/cm³ |
| 金刚石热膨胀系数 | ~1.0 × 10⁻⁶ /K |
| AlN禁带宽度 | 6.2 eV |
| 金刚石体积电阻率 | ≥ 10¹³ Ω·cm |
| 金刚石杨氏模量 | 1000–1100 GPa |
氮化铝衬底方案对比
| 衬底类型 | 热导率 W/(m·K) | XRD(0002)半峰宽 | 表面粗糙度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 蓝宝石基氮化铝 | ~40(蓝宝石) | < 0.05° | Ra < 1.2nm | UVC LED、低成本方案 |
| 硅基氮化铝 | ~150(硅) | 中等 | 适中 | MEMS、SAW器件 |
| 金刚石基氮化铝 | ~2000(金刚石) | < 3° | Ra < 2nm | 高功率器件、极致散热 |
* 金刚石基氮化铝在热导率方面远超其他衬底方案(是蓝宝石的约50倍),特别适合对散热要求极高的高功率密度电子器件。
应用场景
深紫外 LED (UVC LED)
AlN-on-Diamond 衬底用于UVC LED外延生长,金刚石超高热导率有效降低结温,大幅提升光输出功率、产品良率和器件寿命。
紫外激光器 (UV LD)
紫外激光器功率密度高、发热量大,金刚石基AlN衬底确保激光器长期稳定工作,光功率衰减显著降低。
GaN 高功率器件
GaN HEMT高功率器件以AlN-on-Diamond为衬底,散热能力飞跃式提升,功率密度和可靠性均可大幅优化。
5G 高频电子器件
5G射频前端GaN功放芯片采用金刚石基底散热,满足5G基站AAU/RRU对高功率密度和热管理的严苛要求。
SAW/BAW 滤波器
AlN优异的压电性能结合金刚石基底散热,用于GHz级声表面波(SAW)和体声波(BAW)滤波器,在5G多频段场景下稳定工作。
MEMS 传感器 & 执行器
氮化铝压电薄膜用于高灵敏度MEMS传感器、微执行器和能量收集器,金刚石基底提供结构强度和热稳定性。
卫星 & 航天电子
星载通信设备的压电驱动和传感元件以AlN-on-Diamond为基底,在真空、辐照等极端环境下保持高可靠性。
蓝光/紫外发光器件
作为宽禁带直接带隙发光材料底衬底,金刚石的高导热特性确保高注入电流下的发光效率和稳定性。
定制与加工能力
提供从金刚石基底到AlN外延的一体化定制服务,满足不同器件的衬底需求。
| 衬底定制 | |
|---|---|
| 金刚石基底厚度 | 200–500μm(可定制) |
| AlN外延厚度 | 5–200nm(可定制) |
| 标准尺寸 | 1cm×1cm; 2英寸; 可定制任意尺寸 |
| 金刚石类型 | 多晶CVD金刚石 |
| 晶面取向 | c-axis [0001] |
| 加工服务 | |
|---|---|
| 表面精抛 | 金刚石面/生长面精密抛光 |
| 激光切割 | 高精度衬底尺寸切割 |
| 金属化 | 可提供背面金属化方案 |
| 包装 | 单片/多片晶圆盒洁净包装 |
| 质量检测 | 每批次提供XRD/AFM检测数据 |