Low-temperature bonding of Si and polycrystalline diamond with ultra-low thermal boundary resistance by reactive nanolayers

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作者
Yi Zhong,Shuchao Bao,Ran He,Xiao‐Fan Jiang,Hengbo Zhang,Wenbiao Ruan,Mingchuan Zhang,Daquan Yu
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:188: 37-43 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2023.11.043
摘要

Thermal management is a critical challenge in modern electronics and recent key innovations have focused on integrating diamond directly onto semiconductors for efficient cooling. However, the connection of diamond/semiconductor that can simultaneously achieve low thermal boundary resistance (TBR), minimal thermal budget, and sufficient mechanical robustness remains a formidable challenge. Here, we propose a collective wafer-level bonding technique to connect polycrystalline diamonds and semiconductors at 200°C by reactive metallic nanolayers. The resulting silicon/diamond connections exhibited an ultra-low TBR of 9.74 m2 K GW–1, drastically outperforming conventional die-attach technologies. These connections also demonstrate superior reliability, withstanding at least 1000 thermal cycles and 1000 h of high temperature/humidity torture. These properties were affiliated with the recrystallized microstructure of the designed metallic interlayers. This demonstration represents an advancement for low-temperature and high-throughput integration of diamonds on semiconductors, potentially enabling currently thermally limited applications in electronics.
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