【国内论文】复旦大学宁波研究院的研究团队就退火温度对金刚石复合衬底上脉冲激光沉积生长的 Ga₂O₃ 的界面传热的影响进行了研究

        近期由复旦大学宁波研究院的研究团队在学术期刊C-Journal of Carbon Research发布了一篇名为The Influence of Annealing Temperature on the Interfacial Heat Transfer in Pulsed Laser Deposition-Grown Ga₂O₃ on Diamond Composite Substrates（退火温度对金刚石复合衬底上脉冲激光沉积生长的 Ga₂O₃ 的界面传热的影响）的文章。

摘要 

        随着器件的微型化和集成化，热流密度不断增加，尤其对导热性能较低的氧化镓 (Ga₂O₃) 来说，热集中的问题愈发凸显。本研究使用带有氮化铝 (AlN) 过渡层的金刚石复合衬底，辅助 Ga₂O₃进行快速热散。所有样品均采用脉冲激光沉积 (PLD) 制备，并在 600–1000 °C 进行退火处理。通过对退火后的 Ga₂O₃进行微观结构、表面形貌、空位缺陷以及热特性的全面研究，探讨了退火温度对异质结构热传导机制的影响。结果表明，随着退火温度的升高，Ga₂O₃的晶体质量得到提升，同时氧空位缺陷率从 20.6% 降低至 9.9%。当温度升高至 1000 °C 时，Ga₂O₃的热导率达到最大值 12.25 W/(m·K)。然而，界面微观结构与退火温度并无直接关联。在 700 °C 时，Ga₂O₃/金刚石异质结构显示出最大的热边界导通率，达 127.06 MW/(m²·K)。在超过 800 °C 的高温下，异质界面附近形成不规则混合物，增强了声子界面散射，导致界面热传递急剧恶化。这些发现有助于更好地理解异质界面热传导的影响机制，并为基于 Ga₂O₃的功率器件热管理设计和物理分析提供理论指导。

图 1. 金刚石复合衬底上的 Ga₂O₃ 在不同（a）环境和（b）退火温度下的 XRD 图。

图 2. 不同退火温度下金刚石复合衬底上 Ga₂O₃薄膜的原子力显微镜图像： (a) 生长状态；(b) 600 °C；(c) 700 °C；(d) 800 °C；(e) 900 °C；(f) 1000 °C。

DOI：

https://doi.org/10.3390/c10030080