JPhysD编辑优选：氧化镓和不同基底的界面热导
本篇研究来自南京师范大学张力发教授带领的课题组，主要研究成果是：
对Ga2O3/Si、Ga2O3/SiO2、Ga2O3/Al2O3 和Ga2O3/SiC四个界面，在常温下 Ga2O3/Si 的界面热导最大，Ga2O3/SiO2 的界面热导最小， 在二者之间，Ga2O3/Al2O3 的界面热导大于Ga2O3/SiC。
文章介绍
Interface thermal conductance between β-Ga2O3 and different substrates
Dengke Ma（马登科）, Gang Zhang（张刚） and Lifa Zhang（张力发）
通讯作者：
- 张力发 南京师范大学
本文主要讨论Ga2O3和常用基底的界面热导，通过结合声学失配模型（AMM）、漫散射失配模型（DMM）和Landauer公式，计算了Ga2O3/Si、Ga2O3/SiO2、Ga2O3/Al2O3 和Ga2O3/SiC四个界面，在不同温度下的界面热导值，并比较了四者的相对大小。结果表明，在200 K到400 K 温度范围，Ga2O3/Si 的界面热导最大，Ga2O3/SiO2 的界面热导最小， 在二者之间，Ga2O3/Al2O3 的界面热导大于Ga2O3/SiC。而在50 K 到150 K，Ga2O3/SiC的界面热导却反常低于Ga2O3/SiO2。
为了进一步阐明Ga2O3与四个基底界面热导差异的原因，作者进一步分析了四个界面的声子透射谱。研究发现，Ga2O3/Si在低频的声子透射谱高于Ga2O3/Al2O3 ，而Ga2O3/Al2O3在中低频的透射谱高于Ga2O3/SiC。但是Ga2O3/SiC的低频声子透射谱明显低于高频，所以导致Ga2O3/SiC在低频的透射谱微弱低于Ga2O3/SiO2，而在中高频范围高于Ga2O3/SiO2。在低温范围，基于爱因斯坦-玻色分布，界面热导主要由低频声子贡献，随温度增加，更多高频声子被激发，参与界面热传导。所以造成了Ga2O3/SiC的界面热导在低温低于Ga2O3/SiO2，而在中高温范围高于Ga2O3/SiO2。
研究背景
由于具备宽带隙（4.85 eV）和高击穿电压（8 MV cm-1）, Ga2O3的Baliga因子分别是Si、SiC和GaN的3214、10和4倍，因此其被认为是电子器件领域具有广泛应用前景的半导体材料。但是，Ga2O3的热导率仅为10-27 W m-1 K-1, 比Si (156 W m-1 K-1), SiC (328-477 W m-1 K-1) 和GaN (230 W m-1 K-1)低大概一个数量级。而电子器件的散热十分重要，直接影响器件的运行效率和稳定性。过低的热导率，会严重限制基于Ga2O3电子器件的散热。为了避免器件过热，一个有效的方式是寻找高热导率的基底，将Ga2O3沟道产生的热量有效传出。而其中，Ga2O3与基底的界面热导，是散热过程中需要重点考虑的因素。本研究的目的，旨在揭示Ga2O3与常用基底的界面热导，为器件设计提供指导。
作者介绍
张力发，新加坡国立大学博士， 2015年起任南京师范大学物科院教授，2018年起任院长。主要从事声子角动量及手性声子理论与应用，拓扑声子学、磁子学，界面热传导与热整流相关研究。在Science, Nat. Phys., Phys. Rev. Lett.，Nano Lett. 等国际一流期刊发表论文 50 余篇。 担任2014美国物理年会分会主席、Phonons 2018与PTES2018 联合国际会议大会主席、江苏省物理学科联盟副理事长等。