高功率半導体レーザーは,産業製造,防衛および軍事システム,生物医学アプリケーション,科学研究に広く使用されています.装置のパッケージ化後の熱管理は,長い間,その性能と信頼性を制限する重要なボトルネックとなっています.この課題に取り組むには,高温の作業条件下で優れた散熱能力とより高い熱安定性を提供する熱吸収材料の統合が必要です.
熱伝達の主要な媒介体であるため,熱シンクの性能は熱管理の有効性を直接決定します.従来の解決策の技術的限界はますます明らかになっています.
銅やアルミニウムなどの金属熱吸収器は費用対効果が高いが,GaNやInPなどの一般的なレーザー増幅媒体の熱膨張不一致が深刻である.温度サイクル中に熱圧が集中するアルミナイトリド (AlN) セラミックヒートシンクは,インターフェイス熱抵抗を制御し,構造の安定性を維持する課題に直面しています.キロワットレベル以上レーザーシステムに不適当である化学蒸気沉積 (CVD) ダイヤモンドは,例外的な熱伝導性を提供していますが,3インチ以上のウエフルの製造コストが高すぎて,欠陥管理の困難が続いていますが,大規模な採用を制限しています.
一方,シリコンカービッド (SiC) の散熱器は,明確な包括的な利点を示しています.
SiCは優れた熱性能バランスを示している.その室温熱伝導性は,銅 (397 W·m-1·K−1) と1.662 に匹敵する360 〜490 W·m−1 〜K−1 に達する.アルミ (217 W·m−1·K−1) より26倍高い高功率レーザーシステムにおける効率的な熱消耗のための堅牢な基盤を提供します.
熱膨張の観点から言えば,SiCは3.8×4.3 × 10−6 K−1の係数を持ち,GaN (3.17 × 10−6 K−1) とInP (4.6 × 10−6 K−1) と密接に一致している.これは銅 (16.5 × 10−6 K−1) とアルミニウム (23.1 × 10−6 K−1),表面間の熱圧を効果的に軽減する.
CVDダイヤモンドとAlNと比較して,SiCの性能バランスはさらに顕著である.CVDダイヤモンドは超高熱伝導性 (~2000 W·m−1·K−1) を特徴としています.その熱膨張係数 (1.0 × 10−6 K−1) は,Yb:YAG (6.8 × 10−6 K−1) などの増幅媒体と重く不一致している.AlNはSiC (4.5 × 10−6 K−1) が,その熱伝導性 (180 W·m−1·K−1) は4H-SiCの約45%に過ぎません.熱消耗効率を大幅に制限する.
この独特の組み合わせは高熱伝導性と優れた熱膨張マッチングSiCはバランスのとれた熱性能を備えた最適な材料として位置づけられています
SiC は 優れた酸化耐性,放射線耐性,モース硬度 9 程度を示している.2この特性により,高温と強烈な放射線を含む厳しい作業環境に耐えることができる.高功率レーザーシステムの長期安定運用を支援し,維持コストを削減する.
銅は酸化や腐食に易いので,表面間の熱抵抗が時間とともに増加し,熱消耗性能が徐々に低下する一方,アルミニウムは機械的強度が不十分で,ブリネル硬度がわずか20~35HBで,組み立ておよび操作中に変形しやすい.
SiCは金属化結合,直接結合,ユーテクティック結合を含む様々な結合技術と高度に互換性があります低インターフェイス熱抵抗の統合をGaNやInPなどの複合半導体と可能にするこの多様性は,異質な統合ソリューションに十分な設計柔軟性を提供します.
さらに,SiC結合プロセスの成熟度により,エンジニアリングの実施の障壁が大幅に低下し,既存の半導体製造ラインとの互換性が確保されます.実験室の研究から実用的な応用への移行を加速します.
これらの利点により,SiCは高功率レーザーにとって好ましい熱吸収材料となり,半導体レーザー (LDs),薄ディスクレーザー (TDLs),垂直空洞の表面発光レーザー (VCSEL).
幅広く帯状半導体として,SiCは3C-SiC,4H-SiC,6H-SiCを含む複数のポリタイプで存在する.調製方法と材料の性質の違いが,アプリケーション特有の熱吸収器の最適化のための基礎を提供します.
(1) 物理蒸気輸送 (PVT)
2000 °C以上の温度で4H-SiCと6H-SiCを製造し,熱伝導性は300~490 W·m−1·K−1である.これらの材料は高熱伝導性と機械的強度を有する.厳格な構造安定性要求を伴う高功率レーザー装置に適している.
(2) 液体 段階 の エピタキシ (LPE)
比較的穏やかな温度 (1450~1700°C) で実施され,3C-SiCおよび4H-SiCポリタイプを正確に制御することができる.熱伝導性は320~450W·m−1·K−1からなる.LPE-SiC は,高電力を必要とする高級レーザー装置で特に有利です耐久性があり 厳格な結晶性があります
(3) 化学蒸気堆積 (CVD)
高純度4H-SiCと6H-SiCを製造し,熱伝導性は350~500W·m−1·K−1である.高熱伝導性は効率的な熱抽出を保証する.熱を取り除いた後に変形を防ぐのに優れた寸法安定性これらの特徴の組み合わせは,極端な条件下で長期にわたる安定した運用に不可欠であり,CVD-SiCは性能と信頼性をバランスさせる好ましいソリューションとなっています.
優れた熱パラメータマッチング,強力な環境適応性,そして優れたプロセス互換性により,SiCは高功率レーザーシステムのための理想的な熱吸収材料として出現しました.異質結合装置で異なるSiCポリタイプと結晶の方向性の異なる熱膨張特性を活用して,最適なインターフェイスマッチングと最大限の熱散電性能を実現します.
高功率半導体レーザーは,産業製造,防衛および軍事システム,生物医学アプリケーション,科学研究に広く使用されています.装置のパッケージ化後の熱管理は,長い間,その性能と信頼性を制限する重要なボトルネックとなっています.この課題に取り組むには,高温の作業条件下で優れた散熱能力とより高い熱安定性を提供する熱吸収材料の統合が必要です.
熱伝達の主要な媒介体であるため,熱シンクの性能は熱管理の有効性を直接決定します.従来の解決策の技術的限界はますます明らかになっています.
銅やアルミニウムなどの金属熱吸収器は費用対効果が高いが,GaNやInPなどの一般的なレーザー増幅媒体の熱膨張不一致が深刻である.温度サイクル中に熱圧が集中するアルミナイトリド (AlN) セラミックヒートシンクは,インターフェイス熱抵抗を制御し,構造の安定性を維持する課題に直面しています.キロワットレベル以上レーザーシステムに不適当である化学蒸気沉積 (CVD) ダイヤモンドは,例外的な熱伝導性を提供していますが,3インチ以上のウエフルの製造コストが高すぎて,欠陥管理の困難が続いていますが,大規模な採用を制限しています.
一方,シリコンカービッド (SiC) の散熱器は,明確な包括的な利点を示しています.
SiCは優れた熱性能バランスを示している.その室温熱伝導性は,銅 (397 W·m-1·K−1) と1.662 に匹敵する360 〜490 W·m−1 〜K−1 に達する.アルミ (217 W·m−1·K−1) より26倍高い高功率レーザーシステムにおける効率的な熱消耗のための堅牢な基盤を提供します.
熱膨張の観点から言えば,SiCは3.8×4.3 × 10−6 K−1の係数を持ち,GaN (3.17 × 10−6 K−1) とInP (4.6 × 10−6 K−1) と密接に一致している.これは銅 (16.5 × 10−6 K−1) とアルミニウム (23.1 × 10−6 K−1),表面間の熱圧を効果的に軽減する.
CVDダイヤモンドとAlNと比較して,SiCの性能バランスはさらに顕著である.CVDダイヤモンドは超高熱伝導性 (~2000 W·m−1·K−1) を特徴としています.その熱膨張係数 (1.0 × 10−6 K−1) は,Yb:YAG (6.8 × 10−6 K−1) などの増幅媒体と重く不一致している.AlNはSiC (4.5 × 10−6 K−1) が,その熱伝導性 (180 W·m−1·K−1) は4H-SiCの約45%に過ぎません.熱消耗効率を大幅に制限する.
この独特の組み合わせは高熱伝導性と優れた熱膨張マッチングSiCはバランスのとれた熱性能を備えた最適な材料として位置づけられています
SiC は 優れた酸化耐性,放射線耐性,モース硬度 9 程度を示している.2この特性により,高温と強烈な放射線を含む厳しい作業環境に耐えることができる.高功率レーザーシステムの長期安定運用を支援し,維持コストを削減する.
銅は酸化や腐食に易いので,表面間の熱抵抗が時間とともに増加し,熱消耗性能が徐々に低下する一方,アルミニウムは機械的強度が不十分で,ブリネル硬度がわずか20~35HBで,組み立ておよび操作中に変形しやすい.
SiCは金属化結合,直接結合,ユーテクティック結合を含む様々な結合技術と高度に互換性があります低インターフェイス熱抵抗の統合をGaNやInPなどの複合半導体と可能にするこの多様性は,異質な統合ソリューションに十分な設計柔軟性を提供します.
さらに,SiC結合プロセスの成熟度により,エンジニアリングの実施の障壁が大幅に低下し,既存の半導体製造ラインとの互換性が確保されます.実験室の研究から実用的な応用への移行を加速します.
これらの利点により,SiCは高功率レーザーにとって好ましい熱吸収材料となり,半導体レーザー (LDs),薄ディスクレーザー (TDLs),垂直空洞の表面発光レーザー (VCSEL).
幅広く帯状半導体として,SiCは3C-SiC,4H-SiC,6H-SiCを含む複数のポリタイプで存在する.調製方法と材料の性質の違いが,アプリケーション特有の熱吸収器の最適化のための基礎を提供します.
(1) 物理蒸気輸送 (PVT)
2000 °C以上の温度で4H-SiCと6H-SiCを製造し,熱伝導性は300~490 W·m−1·K−1である.これらの材料は高熱伝導性と機械的強度を有する.厳格な構造安定性要求を伴う高功率レーザー装置に適している.
(2) 液体 段階 の エピタキシ (LPE)
比較的穏やかな温度 (1450~1700°C) で実施され,3C-SiCおよび4H-SiCポリタイプを正確に制御することができる.熱伝導性は320~450W·m−1·K−1からなる.LPE-SiC は,高電力を必要とする高級レーザー装置で特に有利です耐久性があり 厳格な結晶性があります
(3) 化学蒸気堆積 (CVD)
高純度4H-SiCと6H-SiCを製造し,熱伝導性は350~500W·m−1·K−1である.高熱伝導性は効率的な熱抽出を保証する.熱を取り除いた後に変形を防ぐのに優れた寸法安定性これらの特徴の組み合わせは,極端な条件下で長期にわたる安定した運用に不可欠であり,CVD-SiCは性能と信頼性をバランスさせる好ましいソリューションとなっています.
優れた熱パラメータマッチング,強力な環境適応性,そして優れたプロセス互換性により,SiCは高功率レーザーシステムのための理想的な熱吸収材料として出現しました.異質結合装置で異なるSiCポリタイプと結晶の方向性の異なる熱膨張特性を活用して,最適なインターフェイスマッチングと最大限の熱散電性能を実現します.
