原子尺度有序实现 $\beta$-Ga$_2$O$_3$/4H-SiC 界面高热边界导热
材料科学
2026-04-20 v1 应用物理
摘要
异质界面处的热边界导热（TBC）对电子器件性能提出了根本性限制，但对现实、无序边界上热传递的预测与理解仍然备受挑战。本文发展了一种计算框架，将机器学习原子势能与晶格动力学相结合，以解决 -GaO/4H-SiC 异构结构中界面结构（从无序到原子尖锐）对热传导影响的长期问题。通过显式考虑声子的波粒二象性，我们显示，界面无序引入额外的界面声子模式，有助于两个高度不相似晶体之间的振动阻抗匹配，同时又会破坏界面声子相干性，限制热传递的潜在收益。我们的原子尺度模拟进一步表明，恢复原子尺度的有序性可保持相干性并实现显著更高的导热系数。这些见解激励了对 -GaO/4H-SiC 异构结构进行受控生长，以系统调控界面有序性。实验测量验证了我们的预测，在原子尖锐的接合处实现了纪录般的高 TBC 值为 231 MW m K。除 -GaO 基功率电子器件外，本研究确立了保持界面声子相干性作为缓解不匹配系统中热瓶颈的有效策略。
引用
@article{arxiv.2604.15394,
title = {Atomic-scale order enables high thermal boundary conductance at $\beta$-Ga$_2$O$_3$/4H-SiC interfaces},
author = {Hongao Yang and Yongtao Yang and Yuanbin Liu and Tao Ding and Yang Shen and Jiawei Huang and Weigang Ma and Linfeng Fei and Zhenping Wu and Gábor Csányi and Bingyang Cao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.15394},
year = {2026}
}