以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第3代半導體材料，是繼以硅（Si）基半導體為代表的第1代半導體材料和以砷化鎵（GaAs）和銻化銦(InSb)為代表的第2代半導體材料之后，在近些年發(fā)展起來的新型半導體材料。與Si相比，GaN和SiC均具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更高的電子飽和速率及更高的載流子遷移率等特點，更適合當前對高功率、高溫、高能效以及輕便小型化的需求。第3代半導體憑借其優(yōu)異屬性，在國內(nèi)外得到了強烈關注，正在迅速崛起，應用前景和市場潛力巨大。

互連材料是連接半導體晶體管和元器件的關鍵材料，起著導電和導熱的作用，影響著元器件電路導通、功能實現(xiàn)和穩(wěn)定性。由于第3代半導體器件工作環(huán)境較Si半導體更為惡劣，其器件封裝和互連也較傳統(tǒng)Si器件提出更高的要求。本文主要介紹可用于第3代半導體器件的互連材料。

一、第3代半導體材料

第3代半導體材料主要包括SiC、GaN、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)，這些材料禁帶寬度均＞2.2ev，被稱為寬禁帶半導體材料，亦被稱為高溫半導體材料。目前，從第3代半導體材料和器件的研究進展來看，較為成熟的是SiC和GaN半導體材料，人們對ZnO、金剛石和AlN等寬禁帶半導體材料的研究較少，尚屬起步階段。

表1列出了半導體材料的關鍵性能對比。可以看出SiC熱傳導率是傳統(tǒng)的Si、GaAs半導體材料的3～13倍，使得SiC器件可以在高溫下長時間穩(wěn)定工作；SiC和GaN的臨界擊穿電場是傳統(tǒng)半導體材料的4～20倍，且具有更大的載流子飽和速率，在高功率電子器件方面有著巨大的性能優(yōu)勢。

二、納米銀膏

燒結技術通過高溫使材料表面原子互相擴散，從而形成致密晶體的過程，是20世紀90年代初Schwarzbauer等人基于燒結理論發(fā)明的一種連接方法，被稱之為低溫燒結技術（LTJT）。通常通過減小燒結顆粒的尺寸，可降低燒結溫度。

納米銀粉由于其獨特的納米特性，為半導體芯片的封裝提供了另一個嶄新的思路。銀的熔點是961℃，而當顆粒尺寸到納米級別，其熔點會顯著降低，至100℃左右，因此可通過低溫燒結實現(xiàn)電子產(chǎn)品或芯片的互聯(lián)，而燒結后的燒結層熔點又恢復到銀的常規(guī)熔點，可滿足電子產(chǎn)品在高溫下正常使用，并且銀具有優(yōu)異的導熱導電性和良好的化學穩(wěn)定性，是第3代半導體封裝較具應用前景的互連材料。

近些年，國內(nèi)外研究人員展開了對銀納米膏的制備、燒結工藝及導電導熱性能進行了大量分析評估。Moon[10]等的研究發(fā)現(xiàn)，20nm銀粒子在150℃即可表現(xiàn)出明顯的燒結行為，300℃下燒結可得到多孔優(yōu)質(zhì)銀膜。Akada等對燒結溫度和燒結氣氛對燒結接頭強度的影響做了研究。在國內(nèi)，天津大學較早開展了銀納米膏低溫燒結技術的研究。并發(fā)明了一種新型低溫燒結納米銀技術，實現(xiàn)了多種具有雙面散熱能力的無引線封裝工。清華大學閆劍鋒等人對銀納米膏的燒結性能進行了研究，表明200℃條件下燒結30分鐘，銀燒結層為聯(lián)通多孔結構，高于250℃時銀顆粒出現(xiàn)明顯的長大現(xiàn)象，如圖2所示。天津大學楊呈祥等人開展了銀納米膏在大功率模塊的性能研究，與SnAg3.0Cu0.5和導電膠2種連接材料進行對比，結果表明銀納米膏封裝的大功率LED模塊光電性能優(yōu)異，且具有較強的長期可靠性。

銅納米膏由于其優(yōu)良的導電導熱性能和較低的成本也受到了廣泛關注，然而由于銅容易在空氣中被氧化，若想將納米銅顆粒用于半導體功率器件互連中，面臨一系列技術上的挑戰(zhàn)。僅有美國Lockheed Martin公司，英國Intrinsiq公司開發(fā)出了具有有機物包覆層的納米銅導電膏體。新加坡南陽理工大學C. S. Tan課題組使用美國Lockheed Martin公司的納米銅膏進行低溫燒結的研究，通過表面去氧化處理，摻雜微米銅顆粒等方法提高燒結結果。清華大學張穎川等人研究了銀銅混合納米膏的燒結特性，結果表明，制得的納米銀+納米銅混合焊膏具有良好的防氧化特性。

       當然，以上都是研究機構或者國外的一些文獻和公司，正真的批量化生產(chǎn)和供貨以及售后服務都會存在很大的問題。善仁新材料科技有限公司作為國內(nèi)研究納米銀應用的專業(yè)公司，在納米銀應用方面有著豐富的研發(fā)，生產(chǎn)和服務經(jīng)驗，公司生產(chǎn)的納米銀墨水，納米銀膠，納米銀漿和納米銀膏具有廣泛的客戶使用基礎，產(chǎn)品主要應用在精細線路制作，金屬網(wǎng)格，太陽能電池，LED封裝，第三代半導體等領域，產(chǎn)品得到客戶的一致**。

納米膏由于可以實現(xiàn)低溫燒結高溫使用，為第3代半導體連接材料提供了一個嶄新的思路，但在產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模使用上還有很長的路要走，比如燒結焊層的孔隙率、與基材之間的結合強度、載體殘留等問題還需亟待解決。

三、展望

第3代半導體材料由于具有非常顯著的性能優(yōu)勢和巨大的產(chǎn)業(yè)帶動作用，受到了世界各國的高度重視，歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)都把發(fā)展第3代半導體技術列入國家戰(zhàn)略。我國也將第3代半導體產(chǎn)業(yè)納入戰(zhàn)略發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，2013年科技部在國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)新材料技術領域項目征集指南中，也特別指出了要將第3代半導體材料及應用列入重要研究內(nèi)容。2015年，第3代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）的成立，為我國第3代半導體的發(fā)展建立了研發(fā)和交流平臺，對推動我國第3代半導體材料及器件研發(fā)和相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

第三代半導體材料是近年來迅速發(fā)展起來的以GaN、SiC和ZnO為代表的新型半導體材料，具有禁帶寬度大，擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高及抗輻射能力強的優(yōu)點，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導體照明、新一代移動通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費類電子等領域有廣闊的應用前景，可望成為支撐信息、能源、交通、國防等發(fā)展的重點新材料，正在成為全球半導體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。