【国际论文】离子束剥离 β-Ga₂O₃ 纳米膜中的热传输

        由哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学的研究团队在学术期刊 APL Materials 发布了一篇名为 Thermal transport in ion-beam-exfoliated β-Ga₂O₃ nanomembranes（离子束剥离 β-Ga₂O₃ 纳米膜中的热传输）的文章。

        β-Ga₂O₃ 由于其宽禁带和高击穿场强，在功率电子器件领域是一种很有前景的材料，但其低热导率给散热带来了挑战。为解决这一问题，我们采用离子束剥离技术制备了与高热导率的硅衬底集成的 β-Ga₂O₃ 纳米膜。为此，研究团队利用铬离子注入来诱导应力和应变，在（100）取向的 β-Ga₂O₃ 单晶上形成卷曲的微管。成功将这些微管转移到硅衬底上并进行热退火后，这些微管被展平为纳米膜。X 射线衍射和拉曼测量表明样品质量很高。采用时域热反射法研究了这些结构中的热传输，证实了三个制备样品的热导率均匀。基于德拜模型的热传输模型被用于验证实验结果并确定主要的声子散射机制。非平衡分子动力学模拟表明，一层薄薄的无定形二氧化硅中间层通过弥合 β-Ga₂O₃ 与硅之间的振动失配显著提高了 β-Ga₂O₃/硅界面的热边界导热率（TBC）。然而，进一步增加中间层厚度会导致声子散射并降低 TBC，这突显了精确控制界面厚度的重要性。该研究强调离子束剥离是一种可扩展的方法，用于将 β-Ga₂O₃ 与热导率高的衬底集成，为基于 β-Ga₂O₃ 的功率电子器件的热管理改进提供了途径。

图 1. (a) β-Ga₂O₃ 样品制备示意图。(b) 铝沉积前硅基底上转移膜的光学图像。

图 2. (a) 在 100 μm × 100 μm 区域内扫描的单个 β-Ga₂O₃ 膜的原子力显微镜图像，以及 (b) 三种测量厚度的相应线扫描图像。(c) 用于量化均方根（RMS）表面粗糙度的高度放大区域的表面形态特征。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0271003