GaAs基半导体微结构的界面热传导特性研究
批准号:
11904162
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
颜学俊
依托单位:
学科分类:
A2002.凝聚态物质力热光电性质
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
近年来,随着微电子、光电子器件逐步向微观尺度发展,微观界面的热传导问题已经日益成为热输运性质研究的焦点。然而,许多物理模型依旧存在争议,界面质量和检测方法有待提高,界面处声子的散射机制仍然需要更为深入的理论和实验研究。本项目主要关注GaAs基半导体微结构界面的热传导性质,在可控生长的高质量界面及其量子点、声子匹配层和二维电子气等微结构体系中,利用时域热反射谱等高精度的界面热传导性质检测方法,重点研究界面微结构的声子散射机制、“电子-声子”耦合作用和量子局域效应,并尝试通过外加电场等方式调控界面的热传导性质,建立界面热传导和热载流子散射机制的理论模型,探索界面的人工微结构、声子谱特性和电声子耦合对热传导特性的影响,分析宏观热输运现象所蕴含的微观动力学机制,为热界面材料、器件热管理中的关键科学与应用问题提供微观层面的理论解释和预测。
英文摘要
In recent years, as microelectronics and optoelectronics gradually evolved to microscale, the thermal conduction issues at the microscopic interface has increasingly become the focus of thermal transport researches. However, a lot of physical models remain controversial, the interface quality and the detection methods need to be improved, and the scattering mechanisms of phonons at the interface still requires more in-depth theoretical and experimental researches. This project focuses on the interface thermal conduction of GaAs-based semiconductor microstructures. In the high-quality interfaces with controlled growth methods, their thermal conductance will be measured by Time-Domain ThermoReflectance (TDTR). This study will focus on the phonon scattering mechanism, "electron-phonon" coupling and quantum localization effects. It intends to establish the theoretical models of interface thermal conduction, as well as the scattering mechanism of hot carriers. This project will explore the influence of interface microstructures, phonon spectrum and electron-phonon coupling on the interfacial thermal conductance (ITC) and attempt to modulate the ITC by means of external electric field. By summarizing the influence of different modulation methods on the ITC, the microscopic dynamics of phonons will be analyzed from the macroscopic thermal transport phenomenon. The mechanism provides a theoretical explanation and prediction at the micro level for key scientific and applied problems in thermal interfacial materials and thermal managements.
近年来,随着芯片、光电器件集成度的不断提高,纳米尺度下的半导体器件散热性能愈发重要,微结构界面是决定器件热传导能力的关键因素。本项目针对GaAs基半导体集成器件中的界面热传导问题,系统研究了量子点、超晶格等微结构以及多物理场耦合对界面热传导特性的影响,深入探索了微观声子动力学机制与宏观热输运特性的内在关联,建立界面热载流子的输运、散射和相互耦合理论框架,为高性能热界面、高导热材料和集成器件热管理等关键应用提供理论支撑和优化设计方案。.在项目支持下,项目组系统研究了ErAs微结构对热声子散射的调控机理,通过精准控制ErAs量子点形态和尺寸,使得界面声子呈现“点散射-弹道输运-扩散输运”的连续演变。项目团队在原子尺度的InAs-AlAs半导体超晶格中,首次在室温下观测到半导体超晶格的相干热输运现象,并且在高达400 K温度下仍然保持声子相干输运的鲁棒性,这使得室温下的声子操控和热声子逻辑器件成为可能。此外,通过高质量外延生长技术,可将金属/半导体异质界面的热导数值提升至理论极限,并且不再受纳米级微结构的影响。项目组还从另一个维度另辟蹊径,重点研究了电声子耦合作用对界面热传导的影响,发现Al/BFO铁电界面中自发极化导致的诱导电荷将有助于提升界面热传导,并且在应力加载下可实现高达26倍的界面热阻巨大调控。此外,在钙钛矿氧化物界面中,其所形成的二维电子气能够通过增加电声子耦合热传导通道,实现20%以上的界面热导增强。在YIG铁磁氧化物界面中,我们同样发现磁畴结构能够实现高达19%的界面热导调控。因此,微结构和多物理场耦合都将有助于集成器件中的热管理调控和优化。.本项目成果已经开始尝试解决产业难题,如帮助芯片设计企业改善AlN半导体界面的热传导性能,为金刚石外延薄膜热界面的性能优化提供精准测量与工艺指导,并且成功提升了传统聚合物PEDOT的界面散热能力。本项目研究成果已经初步打通了“原理-材料-器件-仪器设备”相对完善的应用链条,在未来的产业应用中将更具前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Thickness dependent thermal performance of a poly(3,4-ethylenedioxythiophene) thin film synthesized via an electrochemical approach.
通过电化学方法合成的聚(3,4-乙撑二氧噻吩)薄膜的厚度依赖性热性能
DOI:10.1039/d1ra07991c
发表时间:2022-01-05
期刊:RSC advances
影响因子:3.9
作者:Chen S;Luan T;Di C;Lu MH;Yan XJ;Song C;Deng T
通讯作者:Deng T
Using deep learning to identify the depth of metal surface defects with narrowband SAW signals
利用深度学习通过窄带 SAW 信号识别金属表面缺陷的深度
DOI:10.1016/j.optlastec.2022.108758
发表时间:2023-01
期刊:Optics & Laser Technology
影响因子:--
作者:Lei Ding;Haopeng Wan;Qiangbing Lu;Zhiheng Chen;Kangning Jia;Junyan Ge;Xuejun Yan;Xiaodong Xu;Guanbing Ma;Xi Chen;Haiou Zhang;GuoKuan Li;Minghui Lu;Yanfeng Chen
通讯作者:Yanfeng Chen
Exploratory phase stabilization in heteroepitaxial gallium oxide films by pulsed laser deposition
通过脉冲激光沉积探索异质外延氧化镓薄膜的相稳定性
DOI:10.1016/j.jallcom.2022.168123
发表时间:2022-11
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Jianguo Zhang;Wei Wang;Simiao Wu;Zhiming Geng;Jinfu Zhang;Li Chen;Ningtao Liu;Xuejun Yan;Wenrui Zhang;Jichun Ye
通讯作者:Jichun Ye
DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20210810
发表时间:2022
期刊:硅酸盐学报
影响因子:--
作者:詹若男;狄琛;耿志明;张恩瑞;袁紫媛;颜学俊;赵旸;姚淑华;芦红;卢明辉
通讯作者:卢明辉
Quality inspection of micro solder joints in laser spot welding by laser ultrasonic method
激光超声波法检测激光点焊中微焊点的质量
DOI:10.1016/j.ultras.2021.106567
发表时间:2021-09-11
期刊:ULTRASONICS
影响因子:4.2
作者:Ding, Lei;Lu, Qiangbing;Chen, Yanfeng
通讯作者:Chen, Yanfeng
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