Wrth i sglodion cyfrifiadurol AI a dyfeisiau RF trydedd genhedlaeth barhau i esblygu tuag at ddwysedd fflwcs gwres uwch a phŵer uwch, mae rhesymeg gystadleuol y diwydiant rheoli thermol lled-ddargludyddion wedi mynd trwy newid sylfaenol. Mewn llawer o senarios methiant dyfeisiau diwedd uchel, nid yw'r achos sylfaenol bellach yn ddargludedd thermol annigonol o ddeunyddiau sy'n gwasgaru gwres, ond yn hytrach ymwrthedd thermol rhyngwynebol uchel a sefydlogrwydd strwythurol gwael o dan amodau beicio tymheredd uchel. Mae alwminiwm nitrid (AlN), fel deunydd cerameg dargludedd thermol uchel cynrychioliadol, wedi gweld purdeb a rheolaeth fanwl ar ei microstrwythur rhyngwynebol yn dod yn ffactorau hollbwysig sy'n effeithio ar berfformiad a bywyd gwasanaeth lled-ddargludyddion pŵer uchel.
1. Datblygiad Academaidd: Ion-Mewnblaniad-Technoleg Niwclear Wedi'i Chynnwys
Er mwyn mynd i'r afael â phwyntiau poen y diwydiant o ddwysedd diffyg uchel a gwrthiant thermol uchel ar ryngwynebau epitaxial mewn dyfeisiau pŵer uchel, mae ein tîm wedi datblygu technoleg cnewyllol a achosir gan ïon sy'n rheoli twf ffilmiau tenau AlN yn strwythurau haenog wedi'u trefnu'n dda, gan ddatrys yn effeithiol y diffyg a welwyd yn y prosesau confensiynol ar gyfer twf yn yr ynys{4} Mae mesuriadau arbrofol yn dangos bod y broses hon yn lleihau'r gwrthiant thermol rhyngwynebol i un rhan o dair o'r gwrthiant thermol adeileddau traddodiadol. Mae'r datblygiad arloesol hwn yn dyrchafu AlN o ddeunydd bondio ategol syml i lwyfan rhyngwyneb integredig cyffredinol sy'n gydnaws ag amrywiaeth o ddeunyddiau lled-ddargludyddion. Mae hefyd yn cadarnhau tueddiad diwydiant: nid yw gwella perfformiad pŵer lled-ddargludyddion bellach yn dibynnu ar bentyrru paramedrau swbstrad; yn hytrach, mae haenau rhyngwyneb AlN uchel, purdeb isel yn dod yn alluogwr craidd. Mae AlN yn cyfuno dargludedd thermol uchel, inswleiddio trydanol uchel, a chyfernod ehangu thermol sy'n cyfateb yn agos i garbid silicon (SiC) ac sy'n weddol agos at gallium nitride (GaN), gan ei wneud yn ddeunydd swyddogaethol rhyngwynebe anhepgor ar gyfer heteroepitaxy a phecynnu dyfeisiau manwl.
2. Rheoli Amhuredd Ocsigen: Y Newidyn Craidd sy'n Penderfynu Tenau-Dibynadwyedd Rhyngwyneb Ffilm
Mae perfformiad y rhyngwyneb yn y pen draw yn dibynnu ar ansawdd grisial a rheolaeth amhuredd y ffilm denau AlN ei hun. Gall dargludedd thermol damcaniaethol AlN grisial sengl gyrraedd 320 W/(m·K), gan ei wneud yn ddeunydd sy'n gwasgaru gwres delfrydol. Fodd bynnag, mae perfformiad ffilmiau tenau a dyfir yn epitaxially wedi'i gyfyngu gan ddiffygion grisial a chynnwys amhuredd. Amhuredd ocsigen yn y ffilm yw'r ffactor allweddol sy'n cyfyngu ar y dargludedd thermol ac sy'n effeithio ar sefydlogrwydd rhyng-wyneb. Mae gan AlN weithgaredd cemegol uchel ac mae'n dueddol o ymgorffori atomau ocsigen yn ystod twf epitaxial. Unwaith y bydd atomau ocsigen yn mynd i mewn i'r dellt grisial, maent yn ffurfio swyddi gwag alwminiwm, yn achosi ystumiad dellt, ac yn gwella gwasgariad ffonon, gan leihau dargludedd thermol cynhenid y ffilm.
Mae effaith amhureddau ocsigen ar ddyfeisiau lled-ddargludyddion yn parhau trwy gydol eu bywyd gwasanaeth. Mae ocsigen toddedig o fewn y dellt yn niweidio'r strwythur grisial yn barhaol; Mae ocsigen gweddilliol yn y ffilm yn ffurfio cyfadeiladau diffyg yn ystod gweithrediad tymheredd uchel, gan waethygu ymwrthedd thermol rhyngwynebol. Mewn amgylcheddau â seiclo thermol aml, mae'r diffygion hyn yn cronni'n raddol, gan arwain at gynnydd parhaus mewn ymwrthedd thermol rhyngwynebol. Dros weithrediad hirdymor, mae dyfeisiau'n dueddol o ddiraddio pŵer a llai o ddibynadwyedd. Felly, mae paratoi ffilmiau tenau AlN crisialog isel, isel o ocsigen, uchel wedi dod yn gyfeiriad technegol hanfodol ar gyfer datblygiadau arloesol ym mherfformiad dyfeisiau pŵer uchel.
3. Crynodeb ac Outlook
Ar hyn o bryd, mae Tsieina wedi adeiladu sylfaen ymchwil ddamcaniaethol ac arbrofol gadarn ym maes ffilmiau tenau AlN. Gan ddefnyddio technegau twf newydd megis mewnblannu ïon, ymwrthedd thermol isel, gellir cynhyrchu ffilmiau tenau wedi'u strwythuro'n dda ar raddfa labordy. Fodd bynnag, nid yw'r technolegau paratoi rhyngwynebol datblygedig hyn wedi aeddfedu ar gyfer defnydd diwydiannol eto oherwydd costau gwneuthuriad uchel, cynnyrch swp isel, a chydnawsedd proses annigonol. O ganlyniad, ni all -ffilmiau tenau AlN perfformiad uchel gael eu mabwysiadu'n eang eto mewn dyfeisiau lled-ddargludyddion pen uchel.
Oherwydd nad yw technoleg masgynhyrchu ar gyfer rhyngwynebau ffilm tenau uchel wedi'i chyflawni, mae datrysiadau rheoli thermol domestig yn wynebu heriau sylweddol mewn cymwysiadau gwerth uchel megis sglodion gradd modurol, sglodion cyfrifiadur pen uchel, a dyfeisiau RF amledd uchel, gyda chyfraddau treiddio isel yn gyson. Mae'r dagfa graidd yn gorwedd yn sefydlogrwydd strwythurol annigonol rhyngwynebau ffilm tenau o dan amodau beicio thermol tymor hir.
Dylai datblygiad diwydiant yn y dyfodol barhau i ganolbwyntio ar optimeiddio ailadroddol prosesau twf ffilm tenau AlN, gan wella'n raddol agweddau allweddol megis sefydlu amgylcheddau twf purdeb uchel a phuro nwyon rhagflaenol purdeb uchel, tra'n rheoli'n drylwyr ymgorffori amhureddau niweidiol fel ocsigen yn y dellt. Mae'n rhaid i'r diwydiant flaenoriaethu datrys materion hollbwysig megis-i-gysondeb swp{-gwneuthuriad ffilm tenau, cryfder bondio rhyngwyneb, a-sefydlogrwydd gwasanaeth hirdymor, gan leihau costau cynhyrchu yn barhaus a chyflymu masnacheiddio technolegau labordy. Dim ond wedyn y gall ffilmiau tenau AlN perfformiad uchel wir gyflawni mabwysiadu masnachol eang a helpu i oresgyn y dagfa thermol fewnol ar gyfer diwydiant lled-ddargludyddion pŵer uchel domestig Tsieina.