新突破：金刚石超高导热助力氮化镓晶体管散热，提升核心通信设备容量并降低功耗

近日，住友电气工业株式会社（以下简称"住友电工"）与大阪公立大学（以下简称"OMU"）在日本科学技术振兴机构（JST）联合研究项目中取得突破性成果：首次在2英寸多晶金刚石（PCD）基板上成功制备氮化镓高电子迁移率晶体管（以下简称"GaN-HEMT"）。该技术为移动通信及卫星通信核心器件实现更高容量与更低功耗迈出关键一步。

 用于2英寸直径多晶金刚石基板上的高频器件的GaN-HEMT结构

随着无线通信信息量激增，市场对GaN-HEMT等高频器件提出了更高频率与更大输出功率的要求。

然而器件运行时产生的自发热效应制约了输出功率，导致信号传输故障等问题，严重影响通信性能与可靠性。为此，OMU创新性地采用具有超高导热性的金刚石作为GaN-HEMT基板，显著提升了散热性能。

传统GaN-HEMT基板通常采用硅（Si）或碳化硅（SiC），而金刚石的热导率分别达到硅的12倍、碳化硅的4至6倍。使用金刚石基板可使热阻降低至硅基板的四分之一、碳化硅基板的二分之一。

此前，多晶金刚石因晶粒尺寸大、表面粗糙度高（5-6纳米）导致难以实现无焊料/粘合剂的氮化镓层直接键合。

住友电工通过其金刚石基板抛光技术将表面粗糙度降至传统水平的一半，并融合OMU的氮化镓层转移技术，成功将硅基板上的氮化镓层转移到2英寸多晶金刚石基板实现直接键合。

该成果首次展示了多晶金刚石基板上的氮化镓结构及其均质散热特性。本研究使用的氮化镓层由Air Water株式会社提供，为硅基板上的GaN/SiC外延层。

未来双方将基于4英寸基板推进量产化技术开发，通过优化键合条件提升器件性能，加速产业化进程。