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利用时域热反射法探测50纳米厚PbTe纳米晶薄膜中的热传输
摘要： 通过胶体纳米晶（NC）构建单元自下而上制备热电（TE）材料可显著提升其热电效率，例如降低晶格热导率。本研究合成了10纳米球形相纯油酸包覆PbTe纳米晶（尺寸分布窄），并用于在绝缘SiO2/Si衬底上制备50纳米厚薄膜。采用旋涂结合后续配体交换工艺以增强纳米晶间耦合相互作用。通过暗态电导测量，我们验证了所得薄膜的半导体特性及肖特基型电场依赖导电机制。利用时域热反射（TDTR）方法探测薄膜热输运特性，为此我们使用基于皮秒热反射仪的定制化尖端系统，可实现空间分辨率达5微米的选择性区域分析。结果表明：所制PbTe纳米晶薄膜在300K时呈现0.9 W m–1 K–1的超低热导率。这些输运特性发现表明，所提出的快速低成本旋涂策略有望实现从高质量胶体纳米晶构建单元自下而上制备纳米结构热电薄膜。
关键词： 胶体纳米晶体、旋涂法、热电材料、热导率、时域热反射法、碲化铅
更新于2025-09-23 15:21:01
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用于聚合物-半导体界面的自组装单层膜，具有改进的界面热管理性能
摘要： 若能将过量积聚的热量快速传导至散热器，高度微型化与集成化器件的可靠性与使用寿命将得到有效提升。本研究通过分子动力学（MD）模拟与实验共同证实：自组装单分子层（SAMs）在界面热管理领域具有巨大潜力，能增强聚苯乙烯（PS）/硅（Si）界面的热传导——该模型模拟了实际器件中常见的聚合物/半导体界面。研究重点考察了SAMs的堆积密度与烷基链长度的影响。首先，MD模拟显示高堆积密度下SAM的界面热传输效率更高，可使PS与Si间的界面热导（ITC）提升至127±9 MW m?2K?1，接近金属与半导体界面的ITC水平；中等堆积密度时，烷基链碳原子数少于8个的SAMs因组装结构变化而表现出更优的改善效果。其次，采用时域热反射技术表征了一系列Al/PS/SAM/Si样品的ITC值：C6-SAM使ITC提升5倍（从11±1 MW m?2K?1增至56±17 MW m?2K?1）。当烷基链超过8个碳原子时，界面热管理效率会减弱，这与中等堆积密度下MD模拟的ITC趋势一致。研究还详细探讨了SAM形貌与界面热管理效率的关系。本研究从理论计算和实验两方面论证了界面热管理分子级设计的可行性，或为提升微器件散热效率提供新思路。
关键词： 聚合物/半导体界面、时域热反射法、分子动力学模拟、自组装单层膜、界面热管理
更新于2025-09-11 14:15:04
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单晶III族氮化物薄膜中位错诱导的热传输各向异性
摘要： 位错作为一维晶格缺陷，在III-V族半导体等技术重要材料中普遍存在，并会不利影响例如氮化物基高功率电子器件的散热性能。数十年来，传统非线性弹性模型预测这种热阻仅在热流垂直于位错方向时才显著。然而，这种位错诱导的各向异性热输运现象迄今尚未在实验中观测到。通过时域热反射技术，我们测量了微米厚单晶氮化铟薄膜中由高度取向的穿透位错阵列主导的强烈热输运各向异性。研究发现当位错密度约为3×10^10 cm^-2时，80K温度下的面外热导率比面内热导率高近十倍。这一巨大各向异性无法用传统模型预测。随着对位错-声子相互作用认知的深入，我们的研究结果可能实现通过线缺陷调控各向异性热输运，并为多种器件应用的热管理提供定向散热方法。
关键词： 位错、时域热反射法、热输运、各向异性、III族氮化物薄膜
更新于2025-09-09 09:28:46
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单晶β-氧化镓的三维各向异性热导率张量
摘要： 近年来，β-Ga2O3因其在高功率电子器件领域的应用潜力备受关注，其中热学性能起着关键作用。由于单斜晶格结构，β-Ga2O3的热导率预计呈现三维各向异性。本研究采用新开发的椭圆光束时域热反射法，测量了(010)取向β-Ga2O3单晶的三维各向异性热导率张量。该方法可直接测定(010)面内任意方向及垂直于(010)面的热导率，从而推导出热导率的三维方向分布。测量结果表明：室温下最高面内热导率出现在[001]与[102]之间的方向，数值为13.3±1.8 W·m?1·K?1；最低面内热导率接近[100]方向，数值为9.5±1.8 W·m?1·K?1。沿[010]方向的垂直面热导率为所有测量方向中的最高值（22.5±2.5 W·m?1·K?1）。研究还测定了β-Ga2O3的热导率温度依赖性，并通过与理论模型计算对比，阐明了温度效应及杂质散射的作用机制。
关键词： 单斜晶格，β-氧化镓，各向异性，时域热反射法，热导率
更新于2025-09-04 15:30:14