National Research and Development Corporation, 바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 의장] (이하 "AIST")통합 Microsystems Research Center[리서치 센터 디렉터 Matsumoto Sohei] MEMS 통합 프로세스 연구 팀 연구원 Matsumae Takashi, Kurashima Yuichi, Takagi Hideki 최고 연구원, Takagi Hideki, 연구 센터 부국장 [Research Centers Director Okumura] Diamezawa, Chief Researchi, Chief Researchi, Chief Researchi, Chief Research, 화학 물질로 표면 처리 된 대기에서 접촉 한 실리콘 (SI) 기질에 의해 수행되고 비교적 저온 (약 200 ℃)에서 열처리가 수행된다직접 조인트기술이 개발되었습니다
최근 몇 년 동안, 로투스 바카라아몬드를 사용하여 고성능 반도체 장치를 실현하는 데 연구 및 개발이 점점 더 적극적으로 진행되고 있습니다 이번에 개발 된 기술은 로투스 바카라아몬드 기판과 SI 기판 사이의 표면 반응을 사용하며, 대기에서의 접촉 및 약 200 ° C에서 가열에 의해 직접 결합 될 수 있으며, 결합 되더라도 로투스 바카라아몬드 크리스탈에는 방해가 적습니다 기존 기술에는 쉽게 구현할 수있는 프로세스가 필요하지 않으며 고품질 로투스 바카라아몬드 반도체가 실현 될 것으로 예상됩니다 전력 제어는이 기술을 사용하여 수행됩니다Power Semiconductor의 효율로 인한 에너지 절약 효과와 같은 효율적인 전력 변환 기술의 확산에 기여할 것으로 예상됩니다
이 기술의 세부 사항은 2019 년 5 월 21 일부터 25 일까지 이시카와 주 카자가와에서 개최 된 3D 통합 (LTB-3D 2019)에 대한 제 6 회 국제 워크숍에서 발표 될 것입니다
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| 화학 물질 및 SI 기질에 직접 접착 된 로투스 바카라아몬드 기판의 표면 처리를위한 새로운 기술 |
전력 반도체 분야에서 전력을 제어하고 공급하는 역할을 담당하는 전력 공급을 담당합니다 특히 로투스 바카라아몬드는 si보다 15 배 더 많습니다 (실리콘 카바이드 (sic)4 회Galium Nitride (Gan)구리의 열전도율의 16 배 (Cu)) 및 SI의 60 배 (SIC의 3 배, GAN의 10 배)고장 필드와 같은 우수한 물리적 특성으로 인해 전력 반도체의 "궁극적 인 재료"가 될 것으로 예상됩니다 AIST 1 cm3크기의 큰 단결정 로투스 바카라아몬드의 합성을 달성했습니다 (AIST : 스피드 바카라의 균열이없는 단일 징차 센티미터 등급의)
반면에, 로투스 바카라아몬드 기판 만 사용하여 전력 반도체를 제조하는 것은 비싸기 때문에, 로투스 바카라아몬드 기판과 SI 기판 사이의 직접적인 결합으로 인해 로투스 바카라아몬드 기판을 저렴한 재료로 대체하는 것이 제안되었습니다 그러나, 기존의 직접 결합 기술은 1000 ℃ 이상에서 고온 처리를 사용하거나 매우 높은 진공 청소기에서 표면을 사용한다스퍼터 에칭가공이 필요하며이를 위해서는 특수 장비가 필요합니다 또한, 로투스 바카라아몬드의 결정 구조는 결합 처리에 의해 왜곡됩니다비정형장치의 특성이 악화되는 데 문제가있었습니다
AIST의 Integrated Microsystems Research Center는 원자 수준에서 재료 조합을 결합하는 기술을 만드는 것을 목표로합니다격자 상수 및 열 팽창 계수의 차이현재 반도체 장치 및mems우리는 장치의 진공 밀봉과 열전도율이 낮고 열 변성 기판을 사용하는 솔더 또는 접착제를 사용하지 않는 반도체 장치의 직접 결합에 노력하고 있습니다 한편, Advanced Power Electronics Research Center는 로투스 바카라아몬드 표면입니다화학적 변형기술이 있습니다
하이드 록실 그룹 (-OH)으로 화학적으로 변형 된 기질이 약 200 ° C로 가열 될 때탈수 반응10804_10932
로투스 바카라아몬드 기판을 1150 ° C로 가열하고이를 다른 기판으로 누르면 직접 결합 (열 압축 결합)을 허용하지만 결합 물질의 열 확장 계수에 차이가있는 경우, 하도가 손상되는 정도까지 응력이 생성 될 수 있습니다 반면에, 초고속 진공에서 아르곤 (AR) 빔을 사용하여 스퍼터 에칭은 로투스 바카라아몬드 기판과 SI 기판의 표면층을 제거하고 노출 된 표면이 서로 접촉 할 때 실온에서도 직접 결합 될 수 있습니다 (표면 활성화 된 결합) 그러나, 특수한 초고 진공 결합 장치가 필요하며, 표면층 제거 처리는 결정 교란으로 인해 로투스 바카라아몬드 표면이 비정질이되므로 기계적, 전기 및 열 특성이 악화 될 것이라는 우려를 야기한다
11298_11420황산/과산화수소 (H2SO4/h2O2) 혼합물를 사용하여, 우리는 로투스 바카라아몬드 표면을 동시에 청소하고 하이드 록실 그룹을 수정할 수있는 기술을 개발했습니다 이 기술은 로투스 바카라아몬드 결정의 특정 표면을 허용하기 위해 처리 조건을 제어하는 것이 포함됩니다 [(111)얼굴]을 수정할 수 있습니다 이것은 하이드 록실기로 변형 된 다음 200 ℃에서 가열 된 Si 기질과 접촉하고 다음 화학적 공식 :
SI-OH + C-OH → SI-O-C + H2O
의 탈수 반응 발생하면 결합이 직접 형성 될 수 있습니다 (그림 1 왼쪽) 이 탈수 반응은 대기 대기에서도 가능하므로 특별한 진공 결합 장치가 필요하지 않습니다 이번에 개발 된 본딩 기술은 비교적 저온에서 일반적인 세정 처리 및 가열 처리를 사용하여 로투스 바카라아몬드를 직접 결합 할 수 있다는 사실이 특징입니다
오른쪽 그림 1변속기 전자 현미경를 사용하여 관찰 된 접합 인터페이스의 나노 구조를 보여줍니다 이번에 개발 된 기술로실리콘 표면의 산화물 필름 (SIO2)로투스 바카라아몬드는 결함없이 원자 수준에서 밀접하게 접촉합니다 이 산화물 필름은 두께가 약 3nm이며 충분히 얇으므로 열 전달에 거의 영향을 미치지 않을 것으로 예상됩니다 또한, 투과 전자 현미경으로, 결정 부분은 규칙 성으로 인해 격자-유사 (세분화) 형태로 관찰 될 수있다 sio2필름이 일반적으로 결정화되지 않았기 때문에 격자 구조는 관찰 될 수 없지만, 로투스 바카라아몬드 측에서 정션 인터페이스까지 격자 구조가 관찰되었습니다 이것은 결합 처리가 수행 될 때에도 로투스 바카라아몬드 결정이 비정질 형성을 거의 겪지 않고 결정 구조가 유지되기 때문입니다 이 로투스 바카라아몬드 결정의 격자 구조는 고온 가열 또는 표면 스퍼터링을 사용하여 기존의 방법을 사용하여 결합 인터페이스에서 관찰 할 수 없습니다
이번에 개발 된 기술은 비교적 간단하고 일반적인 장비를 사용하여 로투스 바카라아몬드 기판을 직접 결합시킬 수 있으며, 고품질 로투스 바카라아몬드 반도체가 생산 될 것으로 예상됩니다 이 기술을 적용함으로써 전력 반도체의 전환 효율 및 입력/출력 전력은 냉각 기능의 효율성과 소형 및 체중 감소는 전력 변환 손실과 차량을 포함한 전기 장비의 높은 성능을 줄임으로써 에너지 절약으로 이어질 것으로 예상됩니다
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| 그림 1 접합 반응의 메커니즘 (왼쪽) 및 전송 전자 현미경으로 관찰 된 접합 인터페이스 (오른쪽) |
이번에는 로투스 바카라아몬드의 (111) 표면과 Si 기판 표면 사이의 우수한 결합이 달성되었지만 (특허 보류 중), 향후에는 합성 및 광택이 쉽게 다가오는 것과 같은 다른 결정 표면에 적용 할 것입니다 (100) 또한, 열 소산 기판 및 단열 기판, SIC, GAN 및 산화 갈륨으로서의 응용의 가능성을 조사하기 위해 (GA2O3)와 같은 다른 전력 반도체 재료와 결합하고 결합 인터페이스에서 SIO뿐만 아니라 다결정 로투스 바카라아몬드와 결합하려고 시도했습니다2층 두께를 줄이려는 시도