高效“自剝離”！寧波材料所實(shí)現(xiàn)4英寸金剛石“自支撐”超薄膜的快速制備
金剛石具有的優(yōu)異的導(dǎo)熱和絕緣等性能，使其成為新一代大功率芯片和器件散熱的關(guān)鍵材料。將芯片直接與金剛石鍵合來降低結(jié)溫，被視為高性能芯片及3D封裝的理想熱管理方案，其應(yīng)用價(jià)值日益受到行業(yè)關(guān)注。
金剛石薄膜合成通常是以Si作為基板材料，合成后通過化學(xué)刻蝕去除Si基板得到金剛石“自支撐”薄膜。此前，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功制備出超低翹曲的4英寸金剛石“自支撐”超薄膜，為金剛石薄膜與芯片鍵合邁出了重要一步。
近期，該團(tuán)隊(duì)在金剛石超薄膜高效剝離技術(shù)上再次取得突破，建立了4英寸級超低翹曲金剛石超薄膜的“自剝離”技術(shù)。通過對金剛石薄膜初期形核、生長的精準(zhǔn)調(diào)控與工藝創(chuàng)新，合成后的4英寸金剛石膜（厚度<100μm），經(jīng)切槽后，在無需任何外力輔助條件下，僅憑金剛石薄膜自身重力，就可以實(shí)現(xiàn)其與Si基板無損傷、完美分離，制備出平坦的“自支撐”超薄膜（圖1）。該技術(shù)使剝離時(shí)間由原來刻蝕所需要的數(shù)小時(shí)縮短到幾分鐘，不但降低了成本、提高了速度，同時(shí)克服了化學(xué)刻蝕的帶來環(huán)境危害，開辟了高導(dǎo)熱、金剛石“自支撐”超薄膜的高效、綠色制造的創(chuàng)新途徑。
另外，該團(tuán)隊(duì)在中國科學(xué)院重大裝備項(xiàng)目支持下，將915MHz大功率MPCVD的金剛石沉積面積成功擴(kuò)展到12英寸，實(shí)現(xiàn)了低應(yīng)力、超低翹曲4英寸金剛石薄膜的單機(jī)5片同時(shí)合成（圖2）。結(jié)合上述高效“自剝離”技術(shù)，為這種“自支撐”金剛石薄膜的工業(yè)化批量生產(chǎn)夯實(shí)了裝備與工藝基礎(chǔ)。
圖1.?激光外周邊切槽；金剛石薄膜剝離
圖2.MPCVD合成的12英寸金剛石薄膜；單機(jī)合成5片4英寸金剛石薄膜
（海洋關(guān)鍵材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）