Berichten zufolge verwendete ein Forschungsteam der Osaka Metropolitan University Diamant, das wärmeleitfähigste Naturmaterial der Erde, als Substrat, um einen Galliumnitrid (GaN)-Transistor zu schaffen, dessen Wärmeableitungskapazität mehr als doppelt so hoch ist wie die herkömmlicher Transistoren.

Es wird berichtet, dass dieser Transistor nicht nur in 5G-Kommunikationsbasisstationen, Wetterradar, Satellitenkommunikation und anderen Bereichen eingesetzt werden kann, sondern auch in der Mikrowellenerwärmung, Plasmaverarbeitung und anderen Bereichen. Die neuesten Forschungsergebnisse wurden kürzlich im Magazin „Small“ veröffentlicht.

Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen treten Probleme wie erhöhte Leistungsdichte und Wärmeerzeugung auf, die sich auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Bauelemente auswirken.

Man geht davon aus, dass Galliumnitrid auf Diamant (GaN) als Halbleitermaterial der nächsten Generation vielversprechend ist, da beide Materialien über eine große Bandlücke verfügen, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit ermöglicht, und über die hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamant, was ihn als hervorragendes Wärmeableitungssubstrat positioniert.

Zuvor haben Wissenschaftler versucht, GaN-auf-Diamant-Strukturen zu erzeugen, indem sie die beiden Komponenten mit einer Art Übergangs- oder Haftschicht kombinierten. In beiden Fällen störten die zusätzlichen Schichten jedoch erheblich die Wärmeleitfähigkeit des Diamanten und machten einen entscheidenden Vorteil der GaN-Diamant-Kombination zunichte.

In der neuesten Forschung stellten Wissenschaftler der Osaka Public University erfolgreich GaN-Transistoren mit hoher Elektronenmobilität unter Verwendung von Diamant als Substrat her. Die Wärmeableitungsleistung der neuen Technologie ist mehr als doppelt so hoch wie die von Transistoren gleicher Form, die auf Siliziumkarbid-Substraten (SiC) hergestellt werden.

Um die hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamant zu maximieren, integrierten die Forscher eine Schicht aus 3C-SiC (kubisches Siliziumkarbid) zwischen GaN und Diamant. Diese Technologie reduziert den thermischen Widerstand der Schnittstelle erheblich und verbessert die Wärmeableitungsleistung.

Die Forscher sagten: „Diese neue Technologie hat das Potenzial, die Kohlendioxidemissionen erheblich zu reduzieren und die Entwicklung der Leistungs- und Hochfrequenzelektronik durch verbesserte Wärmemanagementfähigkeiten zu revolutionieren.“