Los dispositivos de RF de GaN de alta potencia se enfrentan a una limitación fundamental que no se puede resolver solo con el diseño eléctrico: el calor.

Los transistores de alta movilidad de electrones de nitruro de galio, o HEMT de GaN, pueden operar a alta tensión, alta frecuencia y alta densidad de potencia. Estas ventajas los hacen importantes para aplicaciones como radar, comunicaciones por satélite, guerra electrónica, infraestructura 5G/6G y sistemas de microondas de alta potencia.

Sin embargo, a medida que aumenta la densidad de potencia de RF, el calor generado cerca del canal del transistor se vuelve cada vez más difícil de eliminar.

Incluso cuando el material de GaN en sí mismo mantiene un fuerte rendimiento eléctrico, una temperatura de unión excesiva puede reducir la potencia de salida, degradar la eficiencia y acortar la vida útil del dispositivo.

Es por eso que el diamante ha atraído una atención creciente como plataforma térmica para GaN.

Con una conductividad térmica que supera los 2.000 W/m·K para materiales de diamante de alta calidad, el diamante ofrece una capacidad de disipación de calor significativamente mayor que los sustratos semiconductores convencionales. La investigación reciente continúa identificando la integración de diamante como uno de los enfoques más prometedores para la refrigeración cerca de la unión de HEMT de GaN de alta potencia.

Pero simplemente colocar GaN sobre diamante no crea automáticamente una solución térmica ideal.

El rendimiento real depende en gran medida de:

• Resistencia térmica de la interfaz GaN-diamante
• Material de la capa de unión
• Espesor de la capa de unión
• Tipo de diamante
• Calidad del diamante
• Rugosidad de la interfaz
• Dimensiones de la fuente de calor
• Geometría del dispositivo
• Diseño del encapsulado y disipador de calor

Para los ingenieros que seleccionan oblas de GaN sobre diamante, la interfaz a veces puede ser tan importante como el propio diamante.

Por qué los dispositivos de RF de GaN de alta potencia necesitan una mejor gestión térmica

Un HEMT de GaN genera gran parte de su calor en una región muy pequeña cerca de la puerta, en el lado del drenador.

Esto crea un flujo de calor local extremadamente alto.

Por lo tanto, el problema es diferente de simplemente enfriar una placa de circuito completo.

El calor debe primero alejarse del canal de GaN activo, pasar a través de la estructura semiconductora y las capas de interfaz, y luego extenderse al sustrato y al encapsulado.

Una ruta térmica simplificada se puede representar como:

Canal HEMT de GaN
Canal de GaN
Capa epitaxial de GaN
Canal de GaN
Interfaz GaN/Diamante
Canal de GaN
Capa de disipación de calor de diamante
Canal de GaN
Adhesión del troquel
Canal de GaN
Material de interfaz térmica

Cada capa añade resistencia térmica.

Si alguna capa tiene una conductividad térmica deficiente o una alta resistencia de interfaz, el beneficio del sustrato de diamante puede reducirse sustancialmente.

Es por eso que los investigadores se centran cada vez más en la gestión térmica cerca de la unión en lugar de solo mejorar el disipador de calor externo.

El programa anterior de DARPA, Near Junction Thermal Transport, se dirigió específicamente a la región dentro de aproximadamente 100 µm de las uniones electrónicas de alta potencia, incluido el uso de sustratos de diamante y la eliminación de capas de transición de baja conductividad térmica. Su programa actual THREADS continúa abordando las barreras térmicas que restringen la potencia de salida de RF.

¿Qué es una obla de GaN sobre diamante?

Una obla de GaN sobre diamante es una estructura semiconductora heterogénea en la que un dispositivo o capa epitaxial de GaN está térmicamente integrado con diamante.

La estructura puede tomar varias formas.

Una estructura unida simplificada podría ser:

Capa de dispositivo de GaN
Canal de GaN
Capa de unión/intermedia ultradelgada
Canal de GaN
Sustrato de diamante

Otro enfoque puede utilizar:

Capa de GaN
Canal de GaN
Buffer de GaN
Canal de GaN
Capa de nucleación/interfacial
Canal de GaN
Diamante CVD

El diamante también se puede añadir desde el lado superior de un dispositivo de GaN terminado o parcialmente fabricado para crear un disipador de calor cerca del canal.

Estas diferentes estructuras no deben tratarse como idénticas.

Su rendimiento térmico depende en gran medida de la ubicación del diamante en relación con el canal generador de calor.

Por qué el diamante es atractivo para el GaN de RF

El diamante de alta calidad ofrece varias características atractivas para la gestión térmica:

• Conductividad térmica extremadamente alta
• Alta resistividad eléctrica
• Alta resistencia a la ruptura
• Excelente dureza mecánica
• Buena estabilidad química
• Fuerte capacidad de disipación de calor

Para dispositivos de RF de alta potencia, la conductividad térmica es la principal atracción.

En comparación, los sustratos comúnmente utilizados proporcionan una conductividad térmica de volumen significativamente menor.

Sin embargo, la conductividad térmica del material a granel es solo una parte de la historia.

Un HEMT de GaN no experimenta directamente la conductividad térmica teórica del diamante a granel.

El calor debe primero cruzar la interfaz GaN-diamante.

Eso hace que la resistencia térmica de la interfaz sea una de las especificaciones clave de la tecnología GaN sobre diamante.

¿Qué es la resistencia térmica de la interfaz?

La Resistencia Térmica de la Interfaz, comúnmente abreviada como TBR, describe la resistencia al flujo de calor a través de la interfaz entre dos materiales diferentes.

Para GaN sobre diamante, se puede escribir conceptualmente como:

GaN
→ interfaz
→ Diamante

Incluso si ambos materiales conducen el calor de manera efectiva, los fonones que transportan energía térmica pueden no transferirse eficientemente a través de la interfaz.

Esto sucede porque el GaN y el diamante tienen muy diferentes:

• Estructuras cristalinas
• Espectros de fonones
• Características de unión
• Propiedades acústicas

Las capas de unión adicionales pueden aumentar aún más la complejidad.

La TBR se expresa comúnmente en:

m²·K/GW

Un valor más bajo generalmente indica una transferencia de calor más eficiente a través de la interfaz.

Por qué la TBR es tan importante

Considere dos estructuras de GaN sobre diamante que utilizan exactamente el mismo sustrato de diamante.

La estructura A tiene una interfaz delgada y bien controlada.

La estructura B contiene una capa de unión amorfa más gruesa con baja conductividad térmica.

Aunque el diamante es idéntico, la estructura A puede eliminar el calor del canal de GaN de manera considerablemente más eficiente.

Es por eso que puede ser engañoso especificar solo:

“Conductividad térmica del diamante >2000 W/m·K.”

Para el diseño térmico a nivel de dispositivo, los compradores también deben considerar:

• Material de la interfaz
• Espesor de la interfaz
• TBR o TBC
• Rugosidad de la superficie
• Resistencia térmica de la interfaz

¿Qué tan baja puede ser la TBR de GaN sobre diamante?

Esto sigue siendo un área de investigación activa.

Un estudio de 2026 informó estructuras de GaN sobre diamante producidas utilizando un proceso de reconstrucción de superficie in-situ combinado con unión activada por superficie.

Los investigadores redujeron la rugosidad superficial RMS del diamante a menos de 0,5 nm y utilizaron una capa intermedia de silicio de aproximadamente 8 nm.

La estructura resultante logró una TBR reportada de aproximadamente 7,7 ± 0,6 m²·K/GW.

Esto es significativo porque demuestra que la ingeniería de la interfaz puede influir drásticamente en el rendimiento térmico de las estructuras de GaN sobre diamante.

También ilustra un principio importante:

Una obla de GaN sobre diamante de alto rendimiento requiere tanto un buen sustrato de diamante como una buena interfaz GaN-diamante.

Métodos de unión para GaN sobre diamante

Existen varios enfoques para integrar GaN con diamante.

Cada uno tiene ventajas y desafíos técnicos.

1. Unión activada por superficie

La Unión Activada por Superficie, o SAB, puede unir dos materiales a temperatura ambiente o cerca de ella después de la activación de la superficie.

Se puede usar una capa intermedia delgada.

Las ventajas pueden incluir:

• Baja temperatura de unión
• Reducción del estrés térmico
• Compatibilidad con materiales heterogéneos
• Interfaces de unión delgadas
• Potencialmente baja TBR

La unión a temperatura ambiente es particularmente atractiva porque el GaN y el diamante tienen un comportamiento de expansión térmica diferente.

La unión a alta temperatura puede introducir estrés adicional durante el enfriamiento.

Trabajos recientes utilizando SAB modificado también han investigado intercapas de AlN y silicio para estructuras de GaN/Diamante N-polar.

Un estudio de 2026 informó aproximadamente 31 m²·K/GW de TBR utilizando una interfaz que contiene AlN y midió una pérdida de RF de aproximadamente 0,32 dB/mm a 40 GHz,

lo que demuestra que la interfaz de unión afecta tanto a las propiedades térmicas como a las de RF.

2. Unión directa

La unión directa intenta minimizar o eliminar las capas adhesivas convencionales.

El objetivo principal es acortar la ruta térmica entre el GaN y el diamante.

• Las ventajas potenciales incluyen:
• Reducción del espesor de la interfaz
• Menor resistencia térmica
• Sin adhesivo orgánico grueso

Mejor estabilidad a alta temperatura

Geometría

• Resistencia térmica de la interfaz
• Rugosidad de la superficie
• Planitud
• Limpieza
• Control de partículas

Química de la superficie

Incluso pequeños vacíos pueden reducir tanto la resistencia de unión como el rendimiento térmico.

3. Unión de Van der Waals

La unión directa de Van der Waals también se ha investigado para la integración de GaN/Diamante.

Una ventaja es evitar una capa intermedia gruesa de baja conductividad térmica.

Sin embargo, lograr un contacto fiable en un área grande sigue siendo difícil porque las superficies de las obleas deben ser excepcionalmente lisas y limpias.

La investigación que compara la integración directa de GaN/Diamante asistida por intercapa muestra por qué se debe evaluar la resistencia total de la interfaz, no simplemente la existencia de una capa de unión.

4. Crecimiento de diamante sobre GaN

Otra estrategia es eliminar el sustrato original y hacer crecer diamante relativamente cerca de la capa de dispositivo de GaN.

Un flujo simplificado puede incluir:
Canal de GaN
↓
Canal de GaN
↓
Canal de GaN
↓
Canal de GaN
↓
Canal de GaN
SAB modificado

Crecimiento de diamante CVD

Esto puede colocar el diamante muy cerca del dispositivo activo.

Sin embargo, las condiciones de CVD del diamante pueden ser agresivas.

• La superficie de GaN debe protegerse de:
• Daño por plasma
• Exposición a hidrógeno
• Alta temperatura

Estrés mecánico

Por lo tanto, puede ser necesaria una capa de nucleación o dieléctrica apropiada.

El desafío es que esta capa protectora puede aumentar la resistencia térmica de la interfaz.

El compromiso de la capa de unión

• Una capa de unión ideal debería proporcionar:
• Fuerte adhesión
• Baja resistencia térmica
• Baja pérdida de RF
• Espesor mínimo
• Alta estabilidad térmica

Bajo estrés mecánico

Desafortunadamente, estos requisitos pueden entrar en conflicto.

Una capa de unión más gruesa puede mejorar la fiabilidad mecánica pero aumentar la resistencia térmica.

Una capa más delgada puede mejorar el flujo de calor pero exigir una preparación de superficie mucho mejor.

• Los materiales potenciales de intercapa incluyen:
• Silicio
• AlN
• SiN
• SiO₂

Otras capas dieléctricas o amorfas

Por lo tanto, la intercapa debe optimizarse como parte de la arquitectura completa del dispositivo.

¿Espesor del diamante: ¿más grueso es siempre mejor?

No necesariamente.

Aumentar el espesor del diamante puede mejorar la disipación de calor lateral, especialmente cuando la fuente de calor está muy localizada.

Sin embargo, la mejora térmica no aumenta indefinidamente con el espesor.

Una vez que la capa de diamante es lo suficientemente gruesa para disipar el calor de manera efectiva, otras resistencias térmicas pueden dominar.

• Estas pueden incluir:
• Resistencia de la capa de GaN
• TBR GaN/Diamante
• Adhesión del troquel
• Encapsulado
• Material de interfaz térmica

Disipador de calor

Esto significa que duplicar el espesor del diamante no necesariamente reduce la temperatura de unión del dispositivo a la mitad.

Capas delgadas de diamante

• El diamante delgado puede ofrecer:
• Menor tiempo de fabricación
• Menor costo del material
• Integración más fácil

Menor estrés mecánico

Pero si la película es demasiado delgada, la disipación de calor lateral puede ser limitada.

Capas gruesas de diamante

• El diamante más grueso puede proporcionar:
• Mejor disipación de calor
• Mayor soporte mecánico

Mejor manejo después de la eliminación del sustrato

• Pero las desventajas pueden incluir:
• Mayor costo de crecimiento CVD
• Mayor tiempo de procesamiento
• Mayor estrés

Procesamiento de obleas más difícil

Por lo tanto, el espesor óptimo debe calcularse en función de la densidad de flujo de calor del dispositivo y la arquitectura térmica total del encapsulado.

No existe un “espesor de diamante óptimo” universal para cada dispositivo de RF de GaN.

La calidad del diamante también importa

No todas las películas de diamante proporcionan el mismo rendimiento térmico.

• La conductividad térmica depende de factores como:
• Tamaño del grano
• Límites de grano
• Defectos
• Impurezas
• Espesor de la película
• Método de crecimiento

Calidad cristalina

El diamante monocristalino generalmente ofrece una conductividad térmica extremadamente alta.

El diamante CVD policristalino también puede proporcionar una excelente disipación de calor, pero su conductividad térmica efectiva depende en gran medida de la microestructura.

Las regiones nanocristalinas cerca de la interfaz de nucleación pueden exhibir una menor conductividad térmica que el material de grano más grande más alejado de la interfaz.

Por esta razón, simplemente especificar “diamante CVD” no es suficiente para el diseño de RF de alto rendimiento.

GaN sobre diamante vs GaN sobre SiC

El GaN sobre SiC sigue siendo una de las plataformas más importantes para dispositivos de RF de alta potencia.

• El SiC proporciona:
• Buena conductividad térmica
• Epitaxia de GaN establecida
• Alta estabilidad mecánica

Experiencia madura en fabricación de RF

El GaN sobre diamante tiene como objetivo mejorar aún más el rendimiento térmico.

La principal ventaja potencial es una disipación de calor más fuerte cerca del canal de GaN.

Sin embargo, el GaN sobre diamante introduce una complejidad de integración adicional.

GaN sobre diamante

• Ventajas:
• Tecnología madura
• Cadena de suministro de obleas establecida
• Procesamiento de dispositivos de RF probado

Particularmente atractivo para la refrigeración cerca de la unión

• Desafíos:
• Conductividad térmica menor que el diamante de alta calidad

La temperatura de unión aún puede limitar la densidad de potencia extrema

GaN sobre diamante

• Ventajas:
• Potencial excepcional de disipación de calor
• Menor temperatura del dispositivo a alto flujo de calor
• Potencial de mayor densidad de potencia de RF

Particularmente atractivo para la refrigeración cerca de la unión

• Desafíos:
• Complejidad de unión
• Control de TBR
• Costo de procesamiento del diamante
• Integración a escala de obla
• Estrés térmico

Rendimiento

Por lo tanto, el GaN sobre diamante no debe verse simplemente como un reemplazo directo para cada dispositivo de GaN sobre SiC.

Su valor más fuerte probablemente aparecerá donde las limitaciones térmicas justifiquen la complejidad de integración adicional.

Por qué importa la temperatura de unión

Reducir la temperatura de unión puede influir en varias características del dispositivo.

• Los beneficios potenciales incluyen:
• Mayor potencia de salida de RF
• Mejor eficiencia de potencia añadida
• Menor degradación del rendimiento
• Mejora de la fiabilidad

Mayor densidad de potencia admisible

El autocalentamiento puede cambiar el transporte de electrones y el comportamiento eléctrico dentro del HEMT de GaN.

A medida que aumenta la temperatura del canal, el rendimiento del dispositivo puede deteriorarse incluso antes de que ocurra una falla catastrófica.

Una revisión de 2026 de HEMT de GaN con tapa de diamante destaca el autocalentamiento como una limitación importante en la operación de RF de alta potencia e identifica la integración de diamante como una prometedora solución térmica cerca de la unión.

Refrigeración de diamante por el lado superior

El GaN sobre diamante no siempre requiere reemplazar el sustrato original.

Otra estrategia emergente es depositar diamante por encima del HEMT de GaN.

La estructura puede parecerse a:
Canal de GaN
↓
Canal de GaN
↓
Canal de GaN
Para una estructura práctica de GaN sobre diamante, los ingenieros deben considerar la ruta térmica completa:
Canal de GaN
↓

Sustrato original

Esto permite que el calor escape de ambos lados del dispositivo.

La investigación sobre la integración de diamante por el lado superior ha demostrado que la intercapa dieléctrica en sí misma contribuye significativamente a la resistencia térmica total de la interfaz.

Un estudio de 2025 que utilizó un disipador de calor de diamante policristalino sobre AlGaN/GaN sobre SiC, por lo tanto, evaluó la influencia combinada de la interfaz y la barrera AlGaN en lugar de considerar solo la conductividad del diamante.

• Los futuros dispositivos de RF de GaN de alta potencia podrían utilizar potencialmente ambos:
• Refrigeración del sustrato de diamante

Disipación de calor de diamante por el lado superior

Esto crea una arquitectura de gestión térmica más tridimensional.

Desafíos de fabricación a escala de obla

Pasar de muestras de investigación pequeñas de GaN sobre diamante a obleas comerciales introduce dificultades adicionales.

Planitud de la superficie

La unión requiere una muy buena planitud de la obla.

• Las diferencias locales de altura de la superficie pueden producir:
• Vacíos
• Unión débil

Espesor de interfaz no uniforme

Rugosidad de la superficie

Se puede requerir una rugosidad subnanométrica para algunos enfoques de unión avanzados.

El estudio de reconstrucción de superficie de 2026 redujo la rugosidad RMS del diamante a menos de 0,5 nm antes de la unión a temperatura ambiente.

Partículas

Una sola partícula puede impedir el contacto local y crear un vacío de unión.

Por lo tanto, el control de partículas se vuelve cada vez más difícil a medida que aumenta el diámetro de la obla.

Arqueo de obla

El GaN, los materiales de unión y el diamante tienen diferentes propiedades mecánicas y térmicas.

• TTV
• Arqueo
• Deformación
• Agrietamiento

Delaminación

Rendimiento de unión

Una buena muestra de laboratorio no se traduce automáticamente en producción a escala de obla.

La fabricación comercial requiere una unión consistente en casi toda el área utilizable de la obla.

Aplicaciones típicas de RF de GaN sobre diamante

El GaN sobre diamante es particularmente atractivo para aplicaciones con densidad de potencia de RF extremadamente alta.

Los ejemplos incluyen:

Radar

Los transmisores de radar de alta potencia requieren amplificadores de RF capaces de mantener el rendimiento bajo cargas térmicas severas.

Guerra electrónica

Los sistemas de guerra electrónica a menudo requieren alta potencia de RF de salida combinada con un tamaño de sistema compacto.

Comunicaciones por satélite

La gestión térmica es especialmente importante en sistemas espaciales donde los enfoques de refrigeración convencionales son limitados.

Sistemas de microondas de alta potencia

La disipación de calor de diamante puede permitir que los dispositivos de GaN operen a mayor densidad de potencia mientras controlan la temperatura de unión.

Infraestructura futura 5G y 6G

Los sistemas de RF de mayor frecuencia pueden beneficiarse de la gestión térmica avanzada a medida que las dimensiones de los dispositivos disminuyen y el flujo de calor local aumenta.

¿Qué deben especificar los compradores para una obla de GaN sobre diamante?

Una solicitud de cotización (RFQ) útil debe incluir mucho más que el diámetro de la obla.

Calidad de la superficie

• Especificar:
• 2 pulgadas
• 3 pulgadas
• 4 pulgadas
• 6 pulgadas

Tamaño personalizado

La disponibilidad puede depender en gran medida del método de integración.

Estructura de GaN

• Especificar si el material requerido es:
• Capa de GaN
• Estructura HEMT AlGaN/GaN
• GaN N-polar
• GaN Ga-polar

Estructura epi personalizada

Espesor de GaN

• Proporcionar:
• Espesor de la capa de dispositivo
• Espesor del buffer

Espesor total de GaN transferido

Calidad de la superficie

• Especificar:
• Diamante monocristalino
• Diamante CVD policristalino
• Diamante nanocristalino

Película de diamante sobre portador

Espesor del diamante

Especificar el espesor requerido o el rendimiento térmico objetivo.

No seleccionar el espesor basándose únicamente en la suposición de que un diamante más grueso es siempre mejor.

Método de unión

• Discutir si la estructura utiliza:
• Unión directa
• Unión activada por superficie
• SAB modificado
• Crecimiento de diamante CVD

Otros métodos de integración heterogénea

Calidad de la superficie

• Especificar:
• Material
• Espesor

Resistencia térmica máxima admisible

Para aplicaciones de RF de alta potencia, incluso las capas de interfaz a escala nanométrica pueden influir en la ruta térmica total.

TBR

Donde el rendimiento térmico es crítico, los compradores deben considerar definir una TBR objetivo.

El método de prueba también debe especificarse.

• Los métodos comunes de caracterización térmica incluyen:
• TDTR
• TTR
• Termometría Raman

Técnicas de termorreflexión

Calidad de la superficie

• Especificar:
• Rugosidad RMS
• Requisitos de rayado
• Requisitos de partículas

Límites de vacíos de unión

Geometría

• Los parámetros importantes incluyen:
• TTV
• Arqueo
• Deformación

Tolerancia de espesor

Requisitos de RF

• Dependiendo del proyecto, los requisitos también pueden incluir:
• Pérdida de inserción de RF
• Propiedades dieléctricas
• Rango de frecuencia
• Movilidad de portadores

Resistencia de lámina

Ejemplo de estructura RFQ

Una solicitud de desarrollo de GaN sobre diamante podría incluir información como:

Diámetro de obla: 100 mm

Estructura de GaN: HEMT AlGaN/GaN

Espesor de GaN: personalizado

Diamante: diamante CVD

Espesor del diamante: según diseño térmico

Método de unión: unión directa o activada por superficie a temperatura ambiente

Intercapa de unión: estructura ultradelgada a base de Si o AlN

Interfaz: requisito de baja TBR

Superficie: grado de dispositivo

Geometría: TTV, arqueo y deformación controlados

Aplicación: amplificador de RF de alta potencia

Rango de frecuencia: especificado por el cliente

Proporcionar la aplicación del dispositivo objetivo es particularmente útil.

Una estructura de GaN sobre diamante para un amplificador de banda X de alta potencia puede no utilizar la misma estructura óptima que una diseñada para dispositivos de onda milimétrica.

La simulación térmica debe preceder al diseño final de la obla

Dado que el rendimiento de GaN sobre diamante depende de muchos parámetros interconectados, la simulación térmica es muy valiosa antes de congelar la estructura del material.

• Una simulación realista debe considerar:
• Geometría de la puerta
• Dimensiones de la fuente de calor
• Espesor de GaN
• Conductividad térmica del GaN
• Tipo de diamante
• Espesor del diamante
• Conductividad térmica del diamante
• Paso del dispositivo
• Resistencia térmica del encapsulado

Temperatura del disipador de calor

Un error común es simular el diamante utilizando solo su conductividad térmica a granel, asumiendo una interfaz perfecta.

Esto puede sobreestimar significativamente el rendimiento de enfriamiento.

La interfaz GaN/Diamante debe incluirse explícitamente.

Dirección de investigación actual en 2026

La industria se está alejando cada vez más de considerar la gestión térmica solo como un problema a nivel de encapsulado.

En junio de 2026, DARPA describió su programa THREADS como dirigido a materiales, arquitecturas de dispositivos y enfoques de gestión térmica que pueden eliminar el calor de manera más eficiente de la electrónica de RF y permitir una mayor potencia de salida sin aumentos proporcionales en el tamaño y la complejidad del sistema.

• A nivel de materiales, la investigación reciente de GaN/Diamante se está centrando en gran medida en:
• TBR más baja
• Unión heterogénea a temperatura ambiente
• Intercapas ultradelgadas
• Preparación mejorada de la superficie del diamante
• Integración de GaN N-polar
• Menor pérdida de RF

Refrigeración de diamante por el lado superior

El informe de 2026 de aproximadamente 7,7 m²·K/GW de TBR utilizando una capa de unión de Si ultradelgada es particularmente relevante porque demuestra cómo la ingeniería de superficies y la tecnología de unión pueden mejorar directamente el transporte térmico.

Estos desarrollos sugieren que la próxima mejora importante en el rendimiento de RF de GaN puede provenir no solo de la escalabilidad de los transistores o de una epitaxia de GaN de mayor calidad, sino también de la ingeniería de la ruta térmica inmediatamente debajo y encima del canal activo.

Conclusión

Las obleas de GaN sobre diamante ofrecen una de las plataformas de materiales más prometedoras para superar las limitaciones térmicas de los dispositivos de RF de GaN de alta potencia.

El diamante proporciona una conductividad térmica excepcional, pero la conductividad térmica del diamante por sí sola no determina el rendimiento de enfriamiento del dispositivo.

Para una estructura práctica de GaN sobre diamante, los ingenieros deben considerar la ruta térmica completa:
Canal de GaN
→ Capa de GaN
→ Interfaz de unión
→ Diamante
→ Encapsulado

→ Disipador de calor

Entre estos elementos, la resistencia térmica de la interfaz GaN-diamante es especialmente importante.

Una interfaz mal diseñada puede impedir que el dispositivo aproveche al máximo la conductividad térmica del diamante.

El espesor del diamante también debe optimizarse en lugar de simplemente maximizarse. Una vez que el diamante proporciona una disipación de calor suficiente, la resistencia de la interfaz y el encapsulado pueden convertirse en las limitaciones térmicas dominantes.

• Para proyectos de RF de alta potencia, las especificaciones más importantes de GaN sobre diamante, por lo tanto, incluyen:
• Estructura epi de GaN
• Tipo de diamante
• Espesor del diamante
• Método de unión
• Material y espesor de la capa intermedia
• Resistencia térmica de la interfaz
• Rugosidad de la superficie
• Vacíos de unión
• TTV, arqueo y deformación
• Pérdida de RF

Densidad de potencia del dispositivo objetivo