技术特征：
1.一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，包含如下步骤：1)利用粘结剂粘接蓝宝石衬底的gan/algan外延层与临时载片抛光面；2)去除蓝宝石衬底，并对gan/algan外延层的gan面、金刚石衬底和si(100)晶片分别进行抛光处理；3)对抛光后的金刚石衬底、带有临时载片的gan/algan外延层和si(100)晶片分别进行第一次超声波清洗；4)以抛光后的gan/algan外延层的gan面作为键合面，对gan面和金刚石衬底的键合面进行第一次表面活化处理，并分别形成gan/algan外延层活化gan面和金刚石活化键合面；5)在gan/algan外延层活化gan面和金刚石活化键合面上分别沉积纳米粘结层，获得沉积gan面和沉积金刚石键合面；6)将沉积gan面和沉积金刚石键合面相互对中并接触进行第一次键合，获得键合金刚石基晶片；7)利用去除溶剂分离键合金刚石基晶片，获得金刚石基gan/algan晶片与临时载片，并对金刚石基gan/algan晶片进行第二次超声波清洗；8)在清洗后的金刚石基gan/algan晶片的algan表面制备氧化层；9)对si(100)晶片的抛光面和金刚石基gan/algan晶片表面制备的氧化层分别进行第二次表面活化处理，并分别形成si(100)晶片活化层和氧化层活化层；10)将si(100)晶片活化层和氧化层活化层直接进行第二次键合，或者在si(100)晶片活化层和氧化层活化层上分别沉积纳米si粘接层，之后进行第二次键合，均获得金刚石/gan/si混合晶片。2.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤2)中，抛光后的gan面和金刚石衬底键合面的均方根粗糙度均小于10nm，蓝宝石衬底的gan/algan外延层和si(100)晶片的抛光面的均方根粗糙度小于1nm。3.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤4)中，第一次活化处理采用快速氩原子束活化或者氩等离子体束活化；对于快速氩原子束活化，在真空度为10-5-10-7
pa的超高真空环境下，利用快速氩原子束轰击gan/algan外延层的gan键合面和金刚石衬底的键合面，氩气流量为5～10sccm，电流为10～80ma，加速电压150～360v，表面活化时间为60～600s；对于氩等离子体束活化，在真空度为10-2-10-3
pa的条件下，利用氩等离子体束活化gan/algan外延层的gan面和金刚石衬底的键合面，活化功率为30～180w，表面活化时间为100～600s，氩气流量为10～50sccm。4.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤5)中，纳米粘接层为非金属纳米薄膜或者双层结构的金属纳米薄膜，其中，非金属纳米薄膜为si薄膜；金属纳米薄膜为mo/au、w/au、ti/au、cr/au、mo/cu、w/cu、ti/cu、cr/cu、mo/al、w/al、ti/al、cr/al薄膜，其中mo、w、ti、cr薄膜为底层薄膜，au、cu和al薄膜为键合层薄膜。5.根据权利要求4述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤6)中，当沉积薄膜为si薄膜时，第一次键合时的参数设置如下：真空度为10-5
～10-7
pa，压力为1～20mpa，时间为1-10min，温度为25-200℃，保温时间为1-10min；当沉积薄膜为金属纳米薄膜时，先在大气环境和室温条件下以1～3mpa的压力进行预
键合，然后在真空度为10-2-105pa的条件下，对预键合后的试样以5～50mpa的压力进行二次热压键合，时间为5-20min，温度为25-200℃。6.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤7)中，当粘接剂为uv水解胶时，去除溶剂为85-95℃的纯水；当粘接剂为spa-140时，去除溶剂为异丙醇；当粘接剂为spa-230n时，去除溶剂为正丙醇。7.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤8)中，氧化层为sio2层，厚度为100～1000nm。8.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤9)中，利用快速氩原子束对si(100)键合面和氧化层的键合面进行表面活化处理。9.根据权利要求1所述的一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片键合制备方法，其特征在于，步骤10)中，第二次键合是在真空度为10-5-10-7
pa的超高真空环境下，将互相接触的si(100)晶片与金刚石基gan/algan晶片以1～20mpa的压力进行键合，时间为1～10min，温度为25～200℃，保温时间为1～10min。10.一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片，其特征在于，具有以下a)和b)中的任意一种结构：a)依次由金刚石衬底、纳米粘接层、氮化镓(gan)层、铝镓氮(algan)层、氧化层、硅(si)层构成的多层结构；b)依次由金刚石衬底、纳米粘接层、gan层、algan层、氧化层、纳米si粘接层、si层构成的多层结构；所述的金刚石衬底为单晶金刚石或者多晶金刚石，厚度为0.2～1.5mm；纳米粘接层厚度为10～200nm；gan层厚度为0.5～10μm；algan层厚度为5～30nm；氧化层为氧化硅(sio2)，厚度为100～1000nm；纳米si粘接层厚度为10～50nm；si层为晶面取向为(100)的单晶si，厚度为0.01～0.5mm。
技术总结
本发明公开了一种金刚石基氮化镓与硅混合晶片及其键合制备方法，混合晶片包括以下任意一种结构：a)依次由金刚石衬底、纳米粘接层、氮化镓(GaN)层、铝镓氮(AlGaN)层、氧化层、硅(Si)层构成的多层结构；b)依次由金刚石衬底、纳米粘接层、GaN层、AlGaN层、氧化层、纳米Si粘接层、Si层构成的多层结构；制备方法基于纳米粘接层键合和超高真空表面活化键合，得到金刚石/GaN/Si混合晶片。不仅发挥了GaN HEMT器件的优异性能，为解决GaN功率器件的散热问题提供可靠方案，同时也实现了Si基CMOS器件的功耗低、集成度高、速度高、抗干扰辐射能力强等特点，从而实现系统的小型化和高性能，可应用于制备功率器件、集成电路和5G通信等领域。集成电路和5G通信等领域。集成电路和5G通信等领域。
技术研发人员：李婧
受保护的技术使用者：陕西工业职业技术学院
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/3/27