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近日，《自然》期刊發(fā)表一項(xiàng)氮化鎵單晶的激光減薄新技術(shù)!

發(fā)布時間：2022-05-16
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       近日，《自然》期刊發(fā)表一項(xiàng)氮化鎵單晶的激光減薄新技術(shù)，其作者包括諾貝爾得主天野浩。

       據(jù)介紹，該技術(shù)可以將氮化鎵襯底產(chǎn)能提升3倍，同時可以省去襯底拋光工藝，因此有助于幫助降低氮化鎵單晶器件制造成本，該技術(shù)也有望應(yīng)用于碳化硅單晶切割。

       根據(jù)文獻(xiàn)，名古屋大學(xué)和日本國家材料科學(xué)研究所等組成的研究團(tuán)隊，新開發(fā)了一種 GaN襯底減薄技術(shù)——激光減薄技術(shù)。

此前，他們已證明可以用激光對GaN單晶進(jìn)行切割，且切割后的GaN襯底經(jīng)過拋光可以重復(fù)使用。
       而此次他們通過實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)同樣適用于GaN-on-GaN HEMT器件制造，即在器件制造之后采用激光工藝進(jìn)行減薄，該技術(shù)可顯著降低 GaN 襯底的消耗。
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損耗大  良率低
傳統(tǒng)技術(shù)局限多多
       眾所周知，GaN是一種十分理想的制作功率器件的材料。但是，GaN襯底價格昂貴，在GaN襯底上制造的 GaN 基器件尚未在廣泛的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。因此，為了盡可能地減少昂貴的GaN襯底的消耗，襯底切片越薄越多，良率越高，是切割技術(shù)所追求的目標(biāo)。
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       但是傳統(tǒng)的技術(shù)卻有著諸多局限。
       首先，損耗大。傳統(tǒng)技術(shù)無法避免切片過程中的切口損耗，且襯底面無法拋光重復(fù)使用，需耗損較多的GaN襯底來能得到一個器件層。
       再者，良率低。傳統(tǒng)技術(shù)的一般流程是先切片，再鍵合相應(yīng)的晶體，才能進(jìn)行后續(xù)制造。那么則需考慮鍵合器件層等一系列問題，如化學(xué)和熱效應(yīng)等。而在此過程中，增加了出現(xiàn)次品的可能性。
       傳統(tǒng)技術(shù)絕大部分都是先在GaN晶體上切割出GaN襯底，再從襯底中進(jìn)行切片，以進(jìn)行后續(xù)制造。但不可避免的，會造成較大耗損及良率低下的問題。
以前，每400微米厚的GaN襯底只制作一個器件層。
新技術(shù)：
減少300%GaN襯底耗損
       為突破上述技術(shù)的局限性，該研究團(tuán)隊新開發(fā)了一種基于激光技術(shù)的減薄GaN襯底的方法，可以最大限度地減少昂貴的GaN襯底的消耗，每100微米厚的GaN襯底可以制作一個器件層，相比以往減少了300%的損耗。
       該技術(shù)已被證明可以在器件制造之后進(jìn)行減薄，實(shí)驗(yàn)過程中被減薄的器件沒有觀察到明顯的斷裂，也沒有觀察到對電氣特性的不利影響。
       這項(xiàng)技術(shù)還有一個值得注意的亮點(diǎn)：器件制造后進(jìn)行減薄，所消耗的GaN襯底的量將僅為切片器件層的厚度，并可以通過拋光去除以重新使用。換句話說，使用該新技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)GaN襯底0耗損！
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       此外，在器件制造后進(jìn)行減薄，也更便于獲得薄型GaN層。器件越薄、散熱越好，性能也就更優(yōu)越。
       文獻(xiàn)中提及，該新技術(shù)和傳統(tǒng)的Smart Cut?技術(shù)有相似之處，Smart Cut?技術(shù)采用的是離子注入法切割，可切割出亞微米厚度的非常薄的GaN層。但激光切割技術(shù)很難切出如此薄的GaN層，因?yàn)镚aN在激光切割過程中會被分解。
       為此，該團(tuán)隊開創(chuàng)了背面激光照射法來剝離器件層。
       實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，通過激光技術(shù)將GaN-on-GaN HEMT減薄至50 μm厚度，其仍可以正常工作，切片前后器件的電特性變化不大。這意味著即使在器件制造之后也可以應(yīng)用激光減薄工藝。它還可以用作半導(dǎo)體工藝，用于制造厚度約為10 μm的薄器件，而無需拋光GaN襯底。
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