Mg 掺杂和未掺杂 $\beta$-$\mathrm{Ga_2O_3}$ 块体晶体中随温度变化的热导率

关于 $\beta$-$\mathrm{Ga_2O_3}$ 的热学性质，尤其是热导率 $\lambda$，目前信息甚少。在此，我们应用电学 3$\omega$ 法测量了 Czochralski 法生长的 $\beta$-$\mathrm{Ga_2O_3}$ 块体晶体的热导率，其厚度分别为 $200~\mathrm{\mu m}$ 和 $800~\mathrm{\mu m}$。在室温下，确认 Mg 掺杂的电绝缘型和未掺杂的半导体型 $\beta$-$\mathrm{Ga_2O_3}$ 沿 [100] 方向的热导率均为 $13\pm 1~\mathrm{Wm^{-1}K^{-1}}$。随着温度降低至 $25~\mathrm{K}$，热导率增加至 $\lambda(25~\mathrm{K})=(5.3\pm 0.6)\cdot 10^2~\mathrm{Wm^{-1}K^{-1}}$。低于室温时，$\lambda$ 的声子贡献占主导地位，超过电子贡献。观察到的 $\lambda(T)$ 函数符合声子 - 声子 Umklapp 散射以及 $T\gtrsim 90~\mathrm{K}$（约为德拜温度 $\theta_\mathrm{D}$ 的 0.1 倍）时的比热德拜模型。此处对 $T< \theta_\mathrm{D}$ 下的声子 - 声子 Umklapp 散射进行了详细讨论，并考虑了 $T<100~\mathrm{K}$ 时点缺陷散射的影响。