表面激活键合SiC/SiC界面的演化机制与热传输特性

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Evolution Mechanism and Thermal Transport Properties of Surface-Activated Bonded SiC/SiC Interfaces

硅基CMOS工艺在高功率SiC器件驱动芯片中存在寄生效应和热管理瓶颈。通过定制纳米过渡层表面激活键合（SAB）技术，实验表明溅射沉积时间而非Ar轰击时间对Fe/SiC界面控制起关键作用。随着沉积时间延长，Fe层致密化形成单晶界面，使SiC/Fe/SiC热阻（4.53 m2K/GW）低于非晶碳层（6.74 m2K/GW），分子动力学模拟证实断裂发生在Fe过渡层。该研究揭示了表面激活键合的普适理论框架，拓展其在功率模块封装、光子集成等领域的应用。

　　

用于高功率碳化硅（SiC）功率器件的驱动控制芯片依赖于基于硅的CMOS工艺，这导致了寄生效应和热管理瓶颈。针对SiC表面活化键合（SAB）的纳米过渡层的可定制设计展现了显著的应用价值。然而，目前的SAB研究主要集中在特定材料组合的工艺验证上，缺乏对表面活化键合设计原理的理解。实验结果表明，在控制键合界面时，溅射沉积时间比氩原子轰击时间起着更为关键的作用。在溅射沉积的初期阶段，沉积层的密度较低，从而导致界面较厚且性能较差。随着时间的推移，沉积层逐渐致密化，最终形成Fe单晶界面，并在Fe与SiC之间建立原子级别的键合。分子动力学模拟证实了SiC/Fe/SiC界面处的断裂机制，断裂发生在Fe过渡层内部。此外，SiC/Fe/SiC界面的热阻（4.53 m2K/GW）低于较薄的非晶碳SiC/a-C/SiC界面（6.74 m2K/GW）。本研究揭示了一个通用的理论框架，为扩展表面活化键合技术在功率模块封装、光子集成等领域的应用提供了支持。