Современная электроника №1/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 37 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 и таким образом получить слой верти- кально ориентированных УНТ с низкой пористостью, в котором углеродные нанотрубки сохраняются некарбиди- зированными и обеспечивают высо- кую теплопроводность вдоль своей оси. Появляется новое свойство разра- ботанной конструкции ГИС – способ- ность обеспечить введение в УНТ срав- нительно небольшого количества Si и при этом перевести часть кремния в карбид кремния, не допустив карбиди- зации всего тела многослойных угле- родных нанотрубок. Новое свойство позволяет повысить теплопроводность в продольном и поперечных сечениях участков ГИС с УНТ. Разработанная технология позволя- ет при использовании для силицирова- ния пластины из монокристаллическо- го кремния марки КЭФ за счёт сравни- тельно высокой открытой пористости участков из вертикально ориентиро- ванных УНТ получить слой с высоким содержанием SiC как внутри УНТ, так и на их внешних поверхностях. Большая часть избыточного кремния Si после силицирования остаётся на пробель- ных местах ГИС между участками с УНТ. З АКЛЮЧЕНИЕ Создание технологического процесса пропитки УНТ кремнием обеспечива- ет получение теплопроводящего слоя с содержанием SiC на внешних поверх- ностях УНТ и малым содержанием сво- бодного Si внутри трубок, что позволяет повысить общую теплопроводность за счёт высокой теплопроводности УНТ и теплопроводности Si, которая в 2 раза выше теплопроводности SiC. Проведение силицирования при +1500...+1600°C позволяет также вскрыть большую часть закрытых пор углеродного материала и сформиро- вать на их стенках слой SiC при мини- мальном заполнении объёма пор сво- бодным кремнием, который удержи- вается в мелких порах только в силу капиллярного эффекта, и таким обра- зом получить высокотеплопроводящие участки на поверхности пластины из нитрида алюминия. Для получения различных тополо- гических рисунков ГИС проводилось лазерное профилирование образцов алюмонитридных пластин с исходной высотой УНТ в массивах 500 мкм. Для применения в ГИС теплоотводящих эле- ментов на основе профилированных массивов УНТ важным является опреде- ление влияния размера и высоты УНТ на Рис. 9. Микрофотография УНТ, пропитанных кремнием, на границе с нитридом алюминия при увеличении: a) × 500; б) × 5000 а б Рис. 10. Микрофотография УНТ на границе с пластиной кремния после пропитки при увеличении: a) × 1000; б) × 5000 а б тепловые характеристики теплоотвода. Размеры УНТ из массивов и расстояние между ними также были выбраны, исхо- дя из условий обеспечения электриче- ской и тепловой изоляции одиночных участков УНТ. Увеличение расстояния между одиночными участками УНТ, на которых размещаются тепловыделя- ющие элементы (кристаллы мощных транзисторов), значительно снижает взаимный нагрев соседних с нанотруб- ками участков, что позволяет использо- вать такие профилированные теплоот- водящие элементы для многокристаль- ных микросборок ГИС. Измерения коэффициента теплопро- водности методом лазерной вспышки участков с вертикально ориентирован- ными УНТ, пропитанных кремнием, показали, что значение коэффициен- та теплопроводности находится в диа- пазоне 2000...2770 Вт/м·К. После профилирования масси- ва УНТ на поверхности подложки образовались теплопроводные участ- ки, расположенные в соответствии с топологическим рисунком схемы ГИС, на которых затем монтировались кристаллы мощных транзисторов. Таким образом, профилирование мас- сива вертикально ориентированных УНТ позволяет локализовать участки для размещения активных элементов, выделяющих тепло, обеспечить элек- трическую изоляцию элементов схе- мы друг от друга, исключить супер- позицию тепловых полей и влияние теплового поля одного активного элемента на тепловое поле и рабо- ту другого активного элемента. Дан- ная технология полностью совме- стима с технологией интегральных схем (ИС) и позволяет создавать ИС в 3D-конфигурации с формированием активных и пассивных элементов как в объёме кремния, так и на его поверх- ности в виде навесных компонентов, соединённых с помощью топологиче- ского рисунка из слоёв металлизации и алюминиевой проволоки. Таким образом, появляется перспек- тива создания нового класса моно- литных микросхем со структурой УНТ, пропитанных кремнием, анало- гичных микросхемам со структурой «кремний на сапфире», но только зна- чительно более мощных и сочетающих технологии монолитных и гибридно- интегральных схем. Л ИТЕРАТУРА 1. Патент РФ 2270821 Теплопроводя- щий материал, кл.C04B35/528, заявл. 10.09.2001, опубл. 20.11.2004.