Ge 作为半导体器件材料具有优异的性能，包括电子和空穴迁移率分别比 Si 高 2.5 倍和 3.5 倍[1]。但其导热系数比硅低0.4倍，器件产生的热量难以散发。为了有效散热， Ge 基板与金刚石热沉片直接异质集成，可提大提升半导体器件的散热性能。
对于 Ge/金刚石集成，表面激活键合是一个可能的候选者。同时，该过程需要超高真空条件，阻碍了广泛应用。亲水键合是 Ge/金刚石集成的另一种方法，因为它允许在大气压下进行低温键合。据报道，金刚石散热基板可以使用这种方法在~200°C 下与其他材料结合，包括 Si 和 Ga 2 O 3基板。然而，尚未证明 Ge 和金刚石基板的直接结合。
Ge(100)衬底：将Crystal Base Co.，Ltd.制造的抛光衬底使用反应离子蚀刻设备(SAMCO的Compact Etcher FA-1)产生的O 2等离子体(100W)活化30秒。
金刚石(111)基板：将研磨基板在75℃的APM(H 2 O∶H 2 O 2 ∶NH 3＝5∶1∶1)中浸渍15分钟。
在两种基材的 OH 终止工艺之后，使用双流体清洁剂清洁表面以防止颗粒交叉污染，最后使用 N 2鼓风机干燥。金刚石 (111) 基板放置在 Ge (100) 基板上。为了去除键合界面处的水分子，将基板以3MPa的键合载荷干燥两天。然后，为了促进脱水缩合反应，将基板在200℃下退火2小时。
然后使用管芯剪切测试仪（来自 Nordson DAGE 的 4000Plus）测量粘合强度作为粘合评估。
图 2显示了结合到 Ge 基板表面的金刚石基板的图像。由于金刚石基板是透明的，因此在接合界面存在间隙的地方可以观察到干涉条纹（牛顿环）。然而，图 2显示几乎观察不到干涉条纹。
使用芯片剪切测试仪测量粘合强度，剪切应力为 7.99 MPa (7.33 kgf)。如图 3所示，其中一个键合试样在 Ge 衬底中断裂。军用标准（MIL-STD-883E，微电路测试方法标准）要求 3 平方毫米的电子元件的剪切强度超过 1 kgf；键合的 Ge 和金刚石衬底满足这一标准。
为了克服Ge器件的散热问题，我们展示了使用亲水键合方法直接键合Ge衬底和金刚石散热衬底。在 Ge 和金刚石基板之间获得了无空隙和牢固的结合。这种直接键合提高了锗器件的散热性，有助于下一代新器件的实现。
化合积电致力于金刚石半导体材料的研究和开发，目前就异质集成方面，金刚石与硅、氮化镓、砷化镓等晶圆异质集成已有成熟方案，可提供晶圆级金刚石热沉片、金刚石基氮化铝、金刚石镀金属膜等产品和服务。
