Une équipe de recherche au Japon a exploré une nouvelle utilisation du diamant, bien au-delà de son attrait esthétique. Leur travail se concentre sur l’amélioration des transistors en nitrure de gallium (GaN), des dispositifs semi-conducteurs de haute puissance et haute fréquence utilisés dans les systèmes de communication mobiles et satellitaires.
Le défi de la miniaturisation des semi-conducteurs
La miniaturisation croissante des dispositifs semi-conducteurs pose des problèmes tels que l’augmentation de la densité de puissance et de la génération de chaleur, qui peuvent affecter les performances, la fiabilité et la durée de vie de ces dispositifs. Par conséquent, une gestion thermique efficace est cruciale.
Le diamant, qui possède la plus haute conductivité thermique de tous les matériaux naturels, est un matériau de substrat idéal, mais n’a pas encore été mis en pratique en raison des difficultés de liaison du diamant aux éléments GaN.
Une nouvelle technologie en devenir
L’équipe de recherche dirigée par le professeur associé Jianbo Liang et le professeur Naoteru Shigekawa de la Graduate School of Engineering de l’Université Métropolitaine d’Osaka a réussi à fabriquer des transistors à haute mobilité d’électrons GaN en utilisant le diamant comme substrat.
Cette nouvelle technologie a plus du double de la performance de dissipation de chaleur des transistors de la même forme fabriqués sur un substrat en carbure de silicium (SiC). Pour maximiser la haute conductivité thermique du diamant, les chercheurs ont intégré une couche de 3C-SiC, un polytype cubique de carbure de silicium, entre GaN et diamant. Cette technique réduit considérablement la résistance thermique de l’interface et améliore la dissipation de la chaleur.
En synthèse
La nouvelle technologie a le potentiel de réduire considérablement les émissions de CO2 et pourrait changer le développement de l’électronique de puissance et de radiofréquence avec des capacités de gestion thermique améliorées, selon le professeur Liang.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le nitrure de gallium (GaN)?
Le GaN est un semi-conducteur utilisé dans les dispositifs de haute puissance et de haute fréquence.
Pourquoi le diamant est-il utilisé comme substrat?
Le diamant a la plus haute conductivité thermique de tous les matériaux naturels, ce qui le rend idéal pour la gestion thermique.
Qu’est-ce que la couche de 3C-SiC?
La couche de 3C-SiC est un polytype cubique de carbure de silicium, utilisé pour réduire la résistance thermique de l’interface entre GaN et diamant.
Quels sont les avantages de cette nouvelle technologie?
Elle a plus du double de la performance de dissipation de chaleur des transistors de la même forme fabriqués sur un substrat en carbure de silicium (SiC).
Quel est l’impact potentiel de cette technologie?
Elle a le potentiel de réduire considérablement les émissions de CO2 et pourrait changer le développement de l’électronique de puissance et de radiofréquence.
Références
Légende illustration principale : L’intégration d’une couche de 3C-SiC entre le GaN et le diamant réduit considérablement la résistance thermique à l’interface et améliore la dissipation de la chaleur, ce qui permet d’obtenir de meilleures performances. Crédit : Jianbo Liang, Osaka Metropolitan University
Article : « High Thermal Stability and Low Thermal Resistance of Large Area GaN/3C-SiC/Diamond Junctions for Practical Device Processes » – DOI: 10.1002/smll.202305574
