【外延论文】通过引入 AlN 中间层增强 Ga₂O₃-金刚石复合结构界面热输运的策略

        近期，由复旦大学的研究团队在学术期刊 Nano Energy 发布了一篇名为 A Strategy for Enhancing Interfacial Thermal Transport in Ga₂O₃-diamond Composite Structure by Introducing An AlN Interlayer（通过引入 AlN 中间层增强 Ga₂O₃-金刚石复合结构界面热输运的策略）的文章。

摘要

        由于小型化和高功率密度，功率器件出现了散热问题，特别是对于低热导率氧化镓（Ga₂O₃）等材料。提高界面热传递已被确定为解决这些问题的关键策略。本研究首先探讨了 Ga₂O₃-金刚石复合结构中包含 AlN 夹层的界面热传输。第一原理计算表明，AlN 夹层改善了 Ga₂O₃ 和金刚石之间的界面结合。随后，使用脉冲激光沉积（PLD）将 Ga₂O₃ 膜沉积在有无夹层的金刚石衬底上，并检查了结构和热特性。夹层策略被证明可以有效地提高 Ga₂O₃ 薄膜的质量，包括改善结晶度、更光滑的表面和更少的氧空位。因此，热特性有所改善：Ga₂O₃ 的热导率从 5.5±0.3 W/m·K 增加到 6.0±0.3 W/m·K，Ga₂O₃-金刚石界面的热边界导热系数（TBC_GaO-dia）从 46.1±2.3 MW/m²·K 增加到 60.9±3.0 MW/m²·K。分子动力学（MD）分析进一步揭示了声子传输的增强是由于低频声子参与率的增加。此外，使用 COMSOL 进行的电热模拟证实了 AlN 夹层在缓解自热效应方面的有效性。这些发现为改善界面热传输提供了一条新途径，并为可靠的 Ga₂O₃ 器件的优化和设计铺平了道路。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110389