富士通技术提高雷达性能
富士通有限公司和富士通实验室有限公司今天宣布开发世界上第一种将单晶金刚石与碳化硅（SiC）衬底结合的技术。利用这一技术在大功率氮化镓散热（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）（3）能够稳定运行在高功率水平。这项技术的应用有望显著提高天气雷达和无线通信的性能。
雷达和无线通信中的增强范围和功率也增加了设备产生的热量，这将对其性能和可靠性产生不利影响。这就需要有效地将设备热量带到冷却结构中。众所周知，单晶金刚石具有良好的导热性，但现有技术中，用于去除制造过程中杂质的氩（氩）光束在表面形成低密度损伤层，从而削弱了粘合强度。此外，与绝缘薄膜如氮化硅结合，会损害因热电阻造成的热导率。
现在，通过保护一个极薄的金属薄膜的金刚石表面，富士通和富士通实验室成功地防止了受损层的形成，并将单晶金刚石粘合到碳化硅衬底上，在室温键合（4）中。使用热参数的实际测量的模拟已经证实使用这种技术的设备将热阻降低到现有的61%。
这一技术的承诺，GaN HEMT功率放大器在高功率的发射机操作，和大约1.5倍时，应用系统如天气雷达观测的范围增加。
进行这项研究的部分支持科技创新的主动安全，通过收购建立，技术和物流代理（ALTA），日本国防部。
这一技术细节被IEEE半导体界面专家会议（sisc2017），运行十二月6-9日在圣地亚哥，美国
背景
近年来，高频GaN HEMT功率放大器广泛用于远程无线应用，如雷达、无线通信。他们也将被用于观测局部大雨的天气雷达，例如在即将到来的5G毫米波段移动通信协议中。对于这些类型的雷达或无线通信采用微波毫米波频段，通过提高GaN HEMT功率放大器用于信号输出，无线电波传播的距离将使雷达的观测范围的扩大而使更长和更高容量的通信。这就是为什么GaN HEMT功率放大器具有更高的功率输出是可取的。
问题
在GaN HEMT功率放大器，有输入功率转化为热能（图1）。这种热量被分散到碳化硅衬底中，并被冷却结构（散热片）带走。虽然碳化硅衬底具有较高的热导率，但对于功率输出越来越高的器件来说，需要具有更好的热导率的材料，以便有效地将器件热传导到冷却结构。
单晶金刚石具有非常好的热导率，几乎是碳化硅衬底的五倍，被称为能有效地传播热量的材料。为了将单晶金刚石与冷却材料结合起来，正常的生产过程使用氩离子束来去除杂质，产生低密度的破坏表面，削弱单晶金刚石的键合。此外，使用罪恶或其他绝缘膜粘接的干扰热导率由于犯罪的热阻。
关于技术
富士通和富士通实验室已经成功研制出世界的室温键合到SiC衬底单晶金刚石技术，用于高效GaN HEMT功率放大器冷却。这两种硬材料具有不同的热膨胀系数（图2）。
为了防止氩束在金刚石表面形成损坏的层，这些公司开发了一种技术，在暴露于氩束之前用极薄的金属薄膜保护表面。为了保证表面是平面的，为了在室温下良好的结合，金属膜保持在10纳米或以下的厚度。这种技术被证实为防止损坏层形成在金刚石表面氩离子束曝光后（图3），从而提高了粘结强度和粘结金刚石单晶在室温下SiC衬底GaN HEMT。
图2：用金刚石GaN HEMT功率放大器结构
图3：氩束曝光后的金刚石截面
图4：使用这种技术
保税GaN HEMT / SiC衬底的金刚石
结果
热电阻，这表现为热通过的东西是多么的困难，在样本，结合测量室温，并发现有6.7×10-8 M2K / W极低的热阻是碳化硅/金刚石界面（平方米开尔文每瓦特）。使用这种测量参数的仿真结果表明，该技术能显著降低200W级器件的热阻，61%（5）（图5）。使用这种技术的承诺，GaN HEMT功率放大器发射机具有更高的功率输出。当使用系统如气象雷达、GaN HEMT功率放大器发射机可以预期由1.5个因素增加了雷达的观测范围。这将允许更快的检测，可以产生突然的暴雨的积雨云，并有助于建立一个更安全的社会中的灾难准备。
图5：在200W级GaN HEMT功率放大器 热模拟的比较；