近日，湖南科技大學(xué)材料學(xué)院周五星副教授課題組在半導(dǎo)體器件散熱領(lǐng)域取得新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國家權(quán)威期刊《Nanoscale》（影響因子/JCR分區(qū)：8.307/Q1）上，論文第一作者為我校碩士生吳成偉，周五星副教授、湖南大學(xué)陳克求教授和新加坡高等計算研究院張剛教授為共同通訊作者，湖南科技大學(xué)為第一單位。

▲學(xué)術(shù)論文期刊展示

氮化鎵（GaN）作為第三代半導(dǎo)體材料，在電力電子器件、大功率射頻器件、短波長光電器件以及5G通訊等領(lǐng)域具有硅半導(dǎo)體無法比擬的優(yōu)勢。然而，散熱問題是制約其發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸。通常氮化鎵需要氮化鋁（AlN）作為過渡層連接到具有高導(dǎo)熱系數(shù)的襯底上。因此，如何提高GaN-AlN的界面熱導(dǎo)對解決GaN器件散熱問題至關(guān)重要。

▲研究成果展示

該課題組提出了一種通過構(gòu)筑納米聲子超材料實現(xiàn)增強界面熱導(dǎo)的新機制。首先，研究了超晶格對界面熱導(dǎo)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著超晶格周期長度的減小，由于相干聲子干涉效應(yīng)的影響，界面熱導(dǎo)先減小后增大。然而，雖然構(gòu)造超晶格可以有效調(diào)控界面熱導(dǎo)，但并不能增強界面熱導(dǎo)。接著，該課題組又通過構(gòu)筑界面納米聲子超材料，使界面熱導(dǎo)提高了9%，這是由于入射角范圍較寬的高頻聲子提供了額外聲子輸運通道造成的。該結(jié)果不僅建立了對界面熱導(dǎo)基礎(chǔ)物理的深刻理解，而且提供了一個增強界面熱導(dǎo)的有效機制，為實現(xiàn)高效熱管理提供了新思路。

該工作獲得國家自然科學(xué)基金面上項目“全固態(tài)鋰電池電極材料及界面熱輸運微觀機理與性能調(diào)控”（12074115）和“熱驅(qū)動壓電納米器件熱電轉(zhuǎn)換機理與性能調(diào)控研究”（11974106）的資助。

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