通过碳化物中间层实现金刚石-AlGaN界面的低热阻
材料科学
2024-08-16 v1 原子物理
摘要
本研究调查了纳米晶金刚石/AlGaN界面的热传输，这对提升AlGaN/AlGaN基器件的热管理至关重要。在AlGaN上直接通过化学气相沉积生长金刚石产生了具有高热边界电阻（TBR）的无序界面，值为20.6 m²·K/GW。我们采用溅射碳化物中间层（如B₄C、SiC、B₄C/SiC）来降低金刚石/AlGaN界面的热边界电阻。碳化物中间层在Al₀.₆₅Ga₀.₃₅N样品上实现了创纪录的低热边界电阻值，B₄C中间层为3.4 m²·K/GW，SiC中间层为3.7 m²·K/GW。对界面的STEM成像显示中间层厚度在1.7-2.5 nm之间，呈非晶结构。此外，对STEM图像部分的快速傅里叶变换（FFT）表征显示了AlGaN层中的尖锐晶体条纹，确认其在金刚石生长过程中受到适当保护，免受氢等离子体的损伤。为精确测量热边界电阻，我们开发了一种结合时域热反射和稳态热反射拟合的混合技术，对埋藏热阻具有优越的灵敏度。我们的发现强调了中间层工程在增强热传输方面的有效性，并展示了创新测量技术在准确表征复杂热界面中的重要性。本研究为通过界面工程和先进测量方法提升半导体器件热性能的未来研究奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2408.08076,
title = {Low Thermal Resistance of Diamond-AlGaN Interfaces Achieved Using Carbide Interlayers},
author = {Henry T. Aller and Thomas W. Pfeifer and Abdullah Mamun and Kenny Huynh and Marko Tadjer and Tatyana Feygelson and Karl Hobart and Travis Anderson and Bradford Pate and Alan Jacobs and James Spencer Lundh and Mark Goorsky and Asif Khan and Patrick Hopkins and Samuel Graham},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.08076},
year = {2024}
}