化学气相沉积法制备金刚石薄膜的界面微观结构与热性能研究：Si与SiC衬底的对比分析

这篇研究通过时间域热反射法(TDTR)系统比较了Si/SiC衬底上金刚石薄膜的热导率(k)和界面热导(G)，发现金刚石/Si界面热导(18 MW/(m2K))显著低于3C-SiC/Si界面(78 MW/(m2K))，揭示了晶粒尺寸、非晶碳层及德拜温度失配对热传输的关键影响，为高导热材料设计提供了重要实验依据。

　　

Highlight

金刚石薄膜的导热性能(k)在电子器件中愈发重要，本研究通过对比金刚石/Si和SiC/Si界面，发现金刚石薄膜热导率范围为21-276 W/(mK)，其界面热导降低主要源于非晶层、德拜温度失配和晶格常数差异。

Diamond Thin Film Deposition

多晶金刚石薄膜由SP³ Diamond Technologies公司采用热丝化学气相沉积(CVD)法制备，以甲烷/H₂为反应气体，钨丝加热至2000°C，衬底温度800-900°C，压力3333-800 Pa。

Microstructure of 0.63-μm Diamond Film on Si (100)

SEM显示金刚石薄膜表面平均晶粒尺寸约0.5μm（图1a），截面证实薄膜厚度（图1b）。顶部晶粒较大，源于生长过程中的晶粒合并，底部则为纳米晶核形成的非晶碳过渡层。

Conclusion

CVD金刚石膜的k值(241 W/(mK))和G值(18 MW/(m²K))低于体材料，归因于晶界声子散射和非晶碳层。与3C-SiC相比，其堆垛层错进一步导致k值下降。