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(jìn)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(jì)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(shí)現(xiàn)增強(qiáng)界面熱導(dǎo)的新機(jī)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(qiáng)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(yùn)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(gè)增強(qiáng)界面熱導(dǎo)的有效機(jī)制，為實(shí)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(xiàng)目“全固態(tài)鋰電池電極材料及界面熱輸運(yùn)微觀機(jī)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(jī)理與性能調(diào)控研究”（11974106）的資助。

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