【其他论文】二维材料可提高 β-Ga₂O₃ 范德华界面的热导率

        由美国犹他大学的研究团队在学术期刊 The Journal of Physical Chemistry C 发布了一篇名为 2D Materials Enhance Thermal Conductance at van der Waals Interfaces of β-Ga₂O₃（二维材料可提高 β-Ga₂O₃ 范德华界面的热导率）的文章。

摘要

        宽禁带（WBG）半导体推动了下一代射频、光电子和电力电子技术的发展。其中，β-Ga₂O₃ 因其能够承受更高电压且效率更高，并且可以采用相对低成本的熔融生长技术制造，而引起了极大关注。然而，其热导率低于氮化物或碳化物，可能导致器件性能下降。确保充分热管理的一种方法是，将 β-Ga₂O₃ 置于高导热基底上。然而，界面处的低热边界导热系数（TBC）限制了热量向基底的流动，因此需要提高 TBC。该团队研究了使用二维（2D）材料中间层来提高范德华键合的 β-Ga₂O₃/三维（3D）界面的 TBC 的可能性。该团队的模型采用第一性原理计算得到的声子色散，而 β-Ga₂O₃/2D 界面上的声子传输率则通过微扰理论确定。为了比较有无 2D 层时的 TBC，该团队还使用基于范德华力的原子分子模型（AMM）的新实现，该模型利用相同的第一性原理声子色散，对 β-Ga₂O₃/3D 界面上的 TBC 进行了建模。该团队的研究表明，可以利用 β-Ga₂O₃ 和 2D 材料声子态密度之间的大重叠，显著提高 β-Ga₂O₃/3D 界面的 TBC。此外，该团队还发现，通过增加 2D 材料层的数量，可以进一步提高 TBC，因为额外的层增加了可用于热量传递的声子模的数量。然而，如果界面处的表面粗糙度非常陡峭（由表面粗糙度斜率表示），则由于 2D 材料部分分层，TBC 会下降，从而降低有效的界面耦合。因此，该团队的研究为通过 2D 材料中间层和界面工程优化 β-Ga₂O₃/3D 界面的 TBC 提供了有价值的见解，这将有助于改善由 β-Ga₂O₃ 制成的电子设备的热管理。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6c01312