[发明专利]一种低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法

权利要求书

1.一种低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法，其特征在于包括下列步骤：首先将抛光的自支撑氮化镓晶圆衬底放入磁控溅射腔室中的样品台上；将腔室抽真空后通入氩气和氮气保护气体，使用高纯靶材作为射频溅射靶，在衬底表面沉积一层介质层薄膜；使用MPCVD设备及其辅助的偏压电源对介质层表面进行偏置增强成核预处理，增加介质层表面的金刚石形核点位；最后，关闭偏压后调节金刚石生长温度和甲烷浓度在介质层薄膜表面外延生长高热导率的金刚石多晶薄膜；该方法通过调节形核偏压和金刚石生长工艺，从而制备低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层。

2.根据权利要求1所述的低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）首先将氮化镓衬底用去离子水冲洗，然后放入丙酮和无水乙醇溶液中分别进行超声清洗5 min，清洗干净后吹干；

（2）将清洗后的氮化镓晶圆衬底放入磁控溅射腔室中的旋转样品台上，高纯靶材安装到射频磁控溅射的靶体上，调节衬底到射频溅射靶之间的距离；

（3）将腔室抽真空，使真空度达到1×10⁴ Pa；通入氩气和氮气保护气体，使气压稳定在0.6~0.8 Pa；开启衬底加热装置，衬底温度稳定在200~800 ℃；开启射频溅射电源，在衬底表面沉积一层介质层薄膜，时间为5~30 min；

（4）关闭磁控溅射设备，将覆盖有介质层的氮化镓衬底置于MPCVD设备中，开启偏压，在氢气/甲烷等离子体气氛中进行偏压形核处理，调节甲烷和氢气的流量，混合气体中甲烷体积浓度为4~10 %，形核层沉积气压为2~5 Pa，施加偏压大小为100~1000 V，在介质层表面沉积一层富含sp³键的碳膜；

（5）关闭偏压，在经过偏压形核处理的衬底表面沉积一层多晶金刚石，调节甲烷和氢气的流量，混合气体中甲烷体积浓度为5~15 %，金刚石生长气压为4~8 Pa，从而得到氮化镓/金刚石复合散热层。

3.根据权利要求2所述的低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，衬底到射频溅射靶之间的距离为5~15 cm。

4.根据权利要求2所述的低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，介质层材料为非晶或微晶结构的氮化硅薄膜或高c轴取向的氮化铝晶体薄膜；介质层应完整覆盖氮化镓晶圆表面以保护氮化镓不被等离子体刻蚀；介质层薄膜生长厚度为5~100 nm。

5.根据权利要求2所述的低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，形核处理所用的偏压电源为直流电源、直流脉冲、射频电源或双极脉冲电源；甲烷流量为5~30 sccm，氢气流量为200~400 sccm；微波功率为1~10 kW，形核层沉积温度为500~1000 ℃，偏压占空比为0~100 %，偏压处理时间为0.5~1 h。

6.根据权利要求2所述的低界面热阻的氮化镓/金刚石复合散热层的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，使用MPCVD装置生长多晶金刚石薄膜，甲烷流量为8~50 sccm，氢气流量为200~400 sccm；微波功率为1~10 kW，生长温度为700~1000 ℃，沉积时间为0.5~3 h。