半導(dǎo)體激光器熱沉為何選用金剛石熱沉片

      半導(dǎo)體激光器屬于激光器的一種，主要是借助半導(dǎo)體物質(zhì)，完成相應(yīng)的激光工作，常被稱之為激光二極管，其因具有波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)、體積小、重量輕、壽命長等特點(diǎn)，在民用、軍用、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

      半導(dǎo)體激光器的散熱直接關(guān)系到半導(dǎo)體激光器性能的好壞。目前，半導(dǎo)體激光器最主要的散熱方式是通過熱沉來散熱。以金剛石作為熱沉材料已是半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。在高功率半導(dǎo)體激光器中，封裝常用的熱沉材料有AIN和Cu等，其中AIN由于導(dǎo)熱率低，難以實(shí)現(xiàn)良好的散熱效果，而Cu的導(dǎo)體特性會(huì)導(dǎo)致水冷熱沉通道內(nèi)的電化學(xué)腐蝕，從而造成堵塞。CVD金剛石則是絕佳的熱沉材料，其熱導(dǎo)率最高可達(dá)2000W/(K·m)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AIN和Cu。

                                                                                          金剛石和各種散熱材料的熱性能

     作為熱沉，金剛石表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱特性：一方面將集中于器件PN結(jié)的熱量能夠均勻迅速的沿?zé)岢帘砻鏀U(kuò)散；另一方面將熱量沿?zé)岢链怪狈较蜓杆賹?dǎo)出。

     據(jù)研究表明，將金剛石熱沉作為過渡熱沉燒結(jié)在銅熱沉上，可有效降低熱阻，即使在大電流條件下，亦可明顯改善半導(dǎo)體激光器散熱問題，提高半導(dǎo)體激光器輸出特性。

                                                                                      半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖

      然而，需要注意的是，金剛石在作為激光器熱沉?xí)r，需要解決其表面光潔度、金屬化及切割等技術(shù)難題，否則因?yàn)楸砻娲植诙斐蓸O高的接觸電阻，將會(huì)讓金剛石熱沉的散熱優(yōu)勢無法發(fā)揮?；戏e電采用MPCVD制備高質(zhì)量金剛石，并獨(dú)創(chuàng)金剛石原子級(jí)表面高效精密加工方法，將金剛石熱沉片表面粗糙度從數(shù)十微米級(jí)別降低至1nm以下。目前，采用金剛石熱沉的大功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)用于光通信，在激光二極管、功率晶體管、電子封裝材料等領(lǐng)域也有應(yīng)用。

       以上文章內(nèi)容來源：化合機(jī)電