Electron spectroscopy with a diamond detector

Interface thermal conductance and phonon thermal transport characteristics of diamond/carbon nanotube interface

“…事等领域对高温高频、大功率芯片和短波光电子器件有着迫切的需求 [1] 。金刚石 作为超宽带隙半导体(5.5 eV)材料，具有高击穿电场(5-15 MW/cm) [2] 、高热 导率(2.6-3.9 kW/(m•K)) [3] 以及高载体迁移率(2.2×10 -27 cm -3 ) [4] ，具有最高的 品质因数(Figure of Merit，FOM) [5] ，性能优于 Si、SiC、GaN 等材料 [6] ，是制 备高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件的理想材料，很好地满足了当前对 于高频大功率电子器件的需求 [7][8][9] ，在剂量学 [10] 、放射性伏打 [11] 和辐射检测 [12] 等 方面也具有广阔的应用前景。然而，高频大功率的工作环境以及封装技术的限制 会导致超高的局部热点。节点温度升高会直接影响器件的可靠性和运行速度，导 致栅极电流崩塌、载流子迁移率下降等现象。传统的风冷方法或液体冷却技术已 经不适用于新一代电子设备 [13] 。 应用热界面材料 (Thermal Interface Material， TIM) 是提高电子封装和下一级热硬件界面间热输运的有效方法之一 [14] 最高的热导率(6000 W/(m•K)) [15] ，同时具有较高的热载荷和机械稳定性，是热 界面材料设计中理想的材料 [16] 。 基于此， 本文首次提出将金刚石和碳纳米管结合， 可大幅度提高器件性能及稳定性，减小封装尺寸实现器件小型化设计。 热界面材料的性能受其界面性质影响 [17] 。因此，改善热界面材料热性能需要 了解和控制其界面性能。界面热导(Interface Thermal Conductance, ITC)或界面 热阻 (Interface Thermal Resistance, ITR) 是决定复合材料导热能力的关键因素 [18] 。 碳纳米管与基底的界面热特性被广泛研究 [19][20][21] 。 Anand 等人 [22] 综合数值方法和分 子动力学研究了用碳纳米管增强的热界面材料，在 100 W 外加功率的条件下， 添加纳米管后热界面材料的热导率由 1~4 W/(m•K)提高至 1000 W/(m•K)。Feng 等人 [23] 采用分子动力学(Molecular Dynamics，MD)方法探究了垂直单壁碳纳米 管与 Si 衬底之间的界面热导机理，考虑了温度和系统尺寸的影响。 Zhang 等人 [24] 同样通过分子动力学模拟研究了垂直碳纳米管与金属光滑表面之间的界面热阻， 详细研究了金属类型、碳纳米管直径和平均界面温度对界面热阻的影响，指出界 面热阻随着碳纳米管直径的增加呈指数减小。 前人的研究主要集中在碳纳米管/金属复合材料的界面特性，而碳纳米管和 金刚石复合材料的界面热特性问题尚不明晰。 潘等人 [25]…”