自从2012年梁剑波传授到场大阪市立大学（2020年，大阪市立大学和大阪府立大学举行分开，更名为日本大阪公立大学）以来，“/金刚石/Ga2O3、键合工艺、界面研讨、、界面、热治理……”成为其主页标签。
2013-2016年，梁剑波研讨团队胜利经由过程异种资料的常温接合制作出高效率、低成本的InGaP/GaAs/Si串联式太阳能；2018年至今，梁剑波研讨团队在金刚石与GaN的常温键合畛域做出颇多事情与结果，比方初次在常温条件下完成Si和的间接键合，并胜利演示Si/SiC异质结双极的制造；初次在常温条件下完成了Si，GaAs，GaN与金刚石的间接键合，键合后的异质界面显示出卓着的耐高温功能……。
今朝，梁剑波，现任大阪公立大学副教授及博士生导师，首要专一于金刚石与异质半导体资料的间接键合、高导热异质界面、异质界面的晶体布局以及大功率高效新型的研发。近年来，掌管了多个研发项目，包孕由日本学术振兴会（JSPC）、日本国立研讨开辟法人新能源・家当手艺综合开辟机构（NEDO）、日本迷信手艺复兴机构（JST）等机构赞助的国度重点研发课题，以及企业分工研发项目，总计12项。此中，部份结果已胜利完成产业化。
同时，与国表里10余家闻名科研院所睁开多个项目和手艺分工，促进了国际科研交换。作为第一作者、通信作者或指示门生，在国际闻名刊物如 "Adv. Mater."，"Nat. Com"，"Small"，"Appl. Phys. Lett"等揭晓了150余篇论文，同时申请了12项专利，并撰写了8部专著。曾在41次国际学术集会上揭晓演讲，并受邀在14次国际学术集会上作呈报。在国际集会上，屡次荣获了最好揭晓奖，并在大阪市立大学南部阳一郎（诺贝尔物理学奖获得者）颁布的优异研讨奖和闻名刊物优异审稿奖等多个奖项的认可。今朝负责"Functional Diamond"和 "Science Talks" 期刊的编委，同时兼任 "Adv. Mater."，" Appl. Mater. Inter."，"ACS Nano Lett."，"Appl. Phys. Lett"等13家国际期刊的审稿人。
“金刚石与GaN的常温键合”是其近年来的首要研讨偏向之一。
在以前的研讨中，梁剑波传授团队曾经证明了GaN和金刚石在室温下经由过程外貌活化键合（SAB）要领可以或许间接键合，GaN/金刚石键合界面完成了1000°C的热处理下仍坚持键合状况，而且关于GaN基器件拥有优秀的实用性。然而，晶片间接键合手艺请求键合资料拥有异常高的外貌平整度。随后，该团队对大面积键合、界面热传导特点评价、间接与金刚石键合的GaN层晶体管的试制、有用散热演示等研讨举行细致开辟，并获得系列结果。（Fabrication of GaN/Diamond Heterointerface and Interfacial Chemical Bonding State for Highly Efficient Device Design, Adv. Mater. 33, 2104564 （2021））
GaN/Diamond键合样品光学图片和键合样品的截面示意图
2022年，梁剑波传授团队，经由过程沉积7 nm厚的非晶SiC作为旁边介质，大大下降SAB手艺对金刚石外貌粗糙度的请求。1000 ℃热处理后构成的SiC层厚度略有增添，这是由于SiC层中由游离的Si和C天生SiC，且非晶SiC在热处理后酿成多晶布局。纵然低温处置后键合界面处也没有观察到空地空闲，这表明金刚石-SiC的键合界面拥有优秀的热稳定性。研讨效果注解，SiC层的沉积能够下降对金刚石外貌粗糙度的请求，促成多晶金刚石和半导体资料的室温键合。
相干的结果以“Room-temperature bonding of GaN and Diamond via a SiC layer”为题，揭晓在《Functional Diamond》杂志上。
2023年，大阪公立大学工学研究生院梁剑波传授和Naoteru Shigekawa配合向导的研讨团队胜利在金刚石衬底上制造出GaN HEMT。研讨团队发明，与SiC衬底上创造的沟通外形晶体管相比，这项手艺的散热功能翻了两倍多。为了最大限度应用金刚石的高热导率，研讨职员在GaN和金刚石之间集成为了3C-SiC层（一种立方多型体SiC）。
接纳SAB法将硅衬底上成长的AlGaN/GaN/3C-SiC薄膜有效地转移到金刚石衬底上，并在金刚石衬底上成功地制备了GaN-HEMT。键合界面表现出特殊的牢固性，可以或许经受种种器件创造工艺。纵然在1100°C退火后也没有观察到3C-SiC/金刚石键合界面的剥落，这关于金刚石上高品质的GaN晶体成长相当首要。3C SiC/金刚石界面处的热界限测量值为119 W/m2∙K，这该手艺大大降低了界面的热阻，进步散热功能。
相干研讨结果以“High Thermal Stability and Low Thermal Resistance of Large Area GaN/3C-SiC/Diamond Junctions for Practical Device Processes”为题发表于《Small》。
梁剑波传授暗示：“这项新技术有望大幅缩小二氧化碳排放，并大概经由过程改良的热治理才能彻底转变功率及电子的进展。”
GaN HEMT助力电力电子体系朝着更高的服从和功率密度进步。
那末，他们所研讨的金刚石与键合终究有着怎么样的实践意思？这就不得不提GaN器件存在的意思。
普通禁带宽度大于2 eV的半导体称为宽禁带半导体，也称为。
氮化镓（gallium nitride，GaN）作为第三代半导体资料，拥有优秀的资料特点，如禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速度高档。GaN主要以GaN高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor，HEMT）为主。因为AlGaN/GaN异质结界面存在高密度的二维电子气（2DEG），以是GaN HEMT拥有高电子迁移率、耐高温、耐低压、抗辐射能力强等优胜性子，可以用较少的电能损耗取得更高的运转才能。这些特点使得电力，电子体系朝着更高的服从和功率密度进步。
散热题目，限制GaN基进一步进展和普遍使用的首要手艺瓶颈之一。
在高功率运行时，GaN器件的输入功率遭到自热的限定普通其功率密度每每只能达到8-10 W·mm-1此外，GaN功能和可靠性与沟道上的温度和焦耳热效应无关。尤其是，近年来跟着GaN微波功率器件设想和工艺不息进步改良，其理论输入功率越来越高（4 GHz，~40妹妹频次越来越大，体积越来越小，其可靠性和稳定性遭到紧张挑衅。最主要的原因是GaN基功率器件跟着功率密度增添，有源积存效应敏捷增添致使其各项功能目标敏捷好转，使其大功率上风未能充沛发扬是以，散热题目成为限制GaN基功率器件进一步进展普遍使用首要手艺瓶颈之一。受传统散热手艺限定无奈解决这一难题必需从GaN器件动手晋升其热传输才能是以探究GaN基器件的高效散热课题成为其进一步推动GaN器件进展首要偏向。
金刚石逐步成为GaN器件资料的首选。
GaN功率器件普通是在Si衬底上制备的，原始衬底较低的热导率（Si:150 W·mK-1不克不及餍足器件散热请求以致器件功能紧张退步，极大限定了GaN基功率器件使用。集成到GaN中的SiC和金刚石等衬底能够改良治理。这使得下降设置装备摆设事情温度成为大概关于GaN-on-SiC器件，沟道温度下降25度将使器件寿命进步10倍摆布关于导热率更高的金刚石衬底，其导热系数是硅的14倍，电场是硅的30倍同意热量散布。金刚石的带隙为5.47ev，击穿场强为10 mv/cm，电子迁移率为2200 cm2其导热系数约为21 w/cm·K，在金刚石衬底创造的GaN HEMT拥有最大漏极和最低外貌温度另外，与其近似布局相比，金刚石衬底上的GaN HEMT与SiC相比热下降率最为显著，金刚石逐步成为GaN器件资料的首选。
如何将金刚石与GaN集成？
（1）在金刚石成长GaN因为两种资料之间大的晶格失配，以及热膨胀系数差别，在金刚石成长高质量的GaN至关艰苦成长金刚石后的GaN轻易构成高密度以至碎裂；
（2）在GaN成长金刚石。在GaN成长金刚石每每需要在800以至更高温度前提举行低温工艺轻易造成翘曲以及碎裂而且沉积金刚石需求先沉积一层介电层，介电层会造成金刚石形核质量差，且形核层热导率低，使得界面热阻较高；
（3）金刚石与GaN的键合。金刚石和GaN的键合是一个并行进程能够分手制备GaN层和金刚石衬底高温手艺能够防止低温成长发生的晶格失配和热膨胀系数差别不消思量形核层热导率题目抉择品质更好，热导率更高的金刚石作为资料可以或许最大限度进步散热才能。
大阪团队：GaN On Diamond，金刚石是GaN最佳伴侣
GaN-on-Diamond显示出作为下一代半导体资料远景由于这两种资料的禁带宽度都很宽完成高导电性和金刚石的高导热性，将其定位卓着的散热研讨职员曾试图经由过程将GaN和金刚石用某种方式的过渡层或粘附连系制造一种GaN-on-Diamond布局，但在这两种情况下额定的中间层紧张滋扰了金刚石的导热性，从而破坏了GaN-Diamond组合的一个关头上风是以需求一种能够间接集成钻石和氮化手艺。然而因为它们的晶体布局和晶格常数伟大差别，在GaN间接成长金刚石或在金刚石成长GaN极端艰苦是以需求一种能够间接集成Diamond和GaN手艺传授解释道因为两种晶体布局和晶格常数伟大差别，在GaN间接成长Diamond是不可能的，反之亦然。”
无需任何中间层即可将两个元件熔合在一起，称为间接键合，是解决这类立室题目的一种要领。然而，为了发生足够高的粘合强度，许多间接粘合要领需要在称为后退火工艺进程中将布局加热到极高的温度因为热膨胀失配，这通常会致使分歧资料的粘合样品涌现裂纹——GaN-Diamond布局创造过程当中履历的极高温度无奈幸存。
2021年传授研讨团队应用外貌活化键合（SAB）在室温下成功地创造了与Diamond种种界面，所有界面都表现出很高的热稳定性卓越的实用性。据了解，SAB经由过程原子干净和激活外貌互相打仗产生反映，在室温下在分歧资料之间创建高度巩固因为GaN的化学性子与大阪研讨团队已往应用资料完整分歧，在他们应用SAB创造Diamond基GaN资料后，他们使用了多种手艺来测试键合位点或异质界面的稳定性。为了表征异质界面的GaN残存应力，他们应用微拉曼光谱、透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线光谱提醒了异质界面的纳米布局和原子行动，电子能量丧失光谱（EELS表现了异质界面处碳原子的化学键状况，并在N2中于700摄氏度测试了异质界面的热稳定性气体环境压力，“这是基于GaN的功率器件创造工艺必须传授已往的采访中说道效果注解，在异质界面成为了约莫5.3 nm的中间层黑白晶碳和Diamond的混合物此中漫衍有Ga和N原子跟着团队进步退火温度咱们注意到中间层厚度减小因为无定形间接转化为金刚石。在1000摄氏度退火缩小到1.5 nm，这表明能够经由过程优化退火工艺完整去除中间层传授解释道虽然异质界面的抗压强度数字跟着退火温度降低进步，但它们与晶体成长构成的金刚石上GaN布局的抗压强度立室因为在1000摄氏度退火后异质界面上没有观察到剥落，这些效果注解，GaN/金刚石异质界面可以或许禁受残酷创造进程，氮化镓晶体管的温度回升按捺了四倍。”
在最新研讨发展今朝传授团队胜利将AlGaN/GaN/3C-SiC层从硅转移到大型金刚石衬底上，并在金刚石上制备了GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）。值得注重的是，在1100低温退火后，3C-SiC/金刚石连系界面产生剥离关于在金刚石上高品质成长GaN晶体相当首要。
AlGaN/GaN/3C-SiC层结合到金刚石履历了拉伸应力跟着退火温度降低开释。与硅和SiC衬底上的GaN HEMTs相比，金刚石衬底上的GaN HEMTs表现出最高的漏极电流和最低外貌温度另外，金刚石衬底上的GaN HEMTs的热阻小于SiC的一半，约为Si的四分之一。这些效果注解，GaN/3C-SiC在金刚石手艺拥有显著后劲，有望周全转变拥有改良治理才能的电子体系进展。
大规模商业化，或不远矣
基于业界长时间的研发举止往常金刚石半导体相干性能使用曾经开端慢慢迈向实用化。但要真正遍及推行金刚石在半导体畛域使用依旧需求破费很长时候无非最新市场反馈，金刚石在高功率器件散热畛域使用开端失掉市场考证，大规模商业化，或不远矣！
