β-Ga2O3-金刚石范德瓦耳斯异质界面的热导
介观与纳米尺度物理
2019-01-11 v1
摘要
由于其超宽禁带、高击穿电场以及可由熔体生长的大尺寸可用衬底，β-Ga2O3 近来在功率电子器件的潜在应用中备受关注。然而，其热导率显著低于 AlN、SiC、GaN 和金刚石等其他宽禁带半导体。为确保高功率下可靠运行且自热最小，对 Ga2O3 器件而言热管理尤为关键。类似于以往缓解 GaN HEMT 自热的方法，一种可能的方案是将薄层 Ga2O3 膜与金刚石集成，利用金刚石的超高热导率制备金刚石上 Ga2O3 横向 MESFET 或 MOSFET 器件。尽管 GaN HEMT 等宽禁带半导体器件与金刚石衬底间的热边界电导（TBC）对这些器件的散热至关重要，但对 Ga2O3-金刚石热界面的基础认识仍然缺失。本工作中，我们研究了剥离至单晶金刚石上的 Ga2O3 界面的热输运。测得范德瓦耳斯键合的 Ga2O3-金刚石 TBC 为 17 MWm⁻²K⁻¹，与若干物理气相沉积金属在金刚石上的 TBC 相当。采用 Landauer 方法有助于理解完美 Ga2O3-金刚石界面的声子输运，进而为优化界面所能达到的 TBC 提供启示。由于额外的声子-膜边界散射，还观察到 Ga2O3 纳米膜热导率降低。本文建模并讨论了 Ga2O3-衬底 TBC 与衬底热导率对功率器件热性能的影响。
引用
@article{arxiv.1901.02961,
title = {Thermal Conductance across beta-Ga2O3-diamond Van der Waals Heterogeneous Interfaces},
author = {Zhe Cheng and Luke Yates and Jingjing Shi and Marko J. Tadjer and Karl D. Hobart and Samuel Graham},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.02961},
year = {2019}
}