《Acta Materialia》：Electrostatically Enhanced Interfacial Thermal Conductance in Remote Epitaxy
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远程外延技术通过极性基底与二维界面层协同作用实现大失配晶格和热膨胀的高质量外延生长，但界面热导率机制尚不明确。本文采用NEMD模拟与TDTR实验结合的方法，研究AlN/石墨烯/SiC异质集成界面中电负性相互作用对声子传输的影响，发现界面结合能提升和结晶质量改善使热导率高达136 MW·m-2k-1。
Jing Zhou|Yuning Wang|Ziyang Wang|Zhengqian Lu|Wei Wang|Liang Wang|Jianxi Xu|Dawei Tang|Wentao Song|Jie Zhu|Yu Xu|Bing Cao|Ke Xu
信息材料研究部，苏州实验室，中国苏州，215123
摘要
远程外延技术通过利用极性基底的静电势与二维（2D）中间层的结合，能够在较大的晶格失配和热膨胀失配情况下实现高质量的外延生长。为了评估其异质集成的潜力，清楚地理解这类系统中的界面热传输机制至关重要。然而，迄今为止，远程外延界面的界面热导率（ITC）尚未通过实验确定，2D中间层和静电相互作用对声子传输的影响机制也尚未得到充分理解。在本研究中，通过远程外延技术将AlN异质集成到涂有石墨烯的SiC基底上。结合非平衡分子动力学（NEMD）模拟和时域热反射（TDTR）测量，阐明了静电相互作用如何调节声子传输，并建立了控制远程外延界面热传输的结构-性能关系。结果表明，尽管存在2D中间层，ITC仍然很高（约136 MW·m-2·K-1），这归因于界面附近晶体质量的提高以及静电相互作用引起的界面结合能增强。这项工作为远程外延的界面热传输机制提供了关键见解，并强调了静电相互作用在实现异质界面高效热传递中的关键作用。
部分摘录
引言
随着对更高功率密度和器件小型化的不断追求，热管理已成为限制半导体技术性能和长期可靠性的关键瓶颈[1,2]。将高热导率（k）基底（如SiC和金刚石）与功能性外延层进行异质集成，为高效散热提供了一条有前景的途径[3,4]。当器件尺寸接近纳米级别时，界面热阻（ITR）
样品制备
图1a展示了在Gr/SiC基底上远程外延AlN的示意图。AlN薄膜是在6H-SiC（0001）基底上使用自制的氢化物气相外延（HVPE）系统生长的，没有切角问题；Gr则是通过Si原子的热升华形成的。在此过程中，Si原子在高温下升华，剩余的C原子在表面重新排列以最小化表面能，最终形成Gr。第一层碳原子与Si原子通过共价键结合
结果与讨论
在本节中，通过NEMD模拟研究了远程外延结构中固有的静电相互作用对界面热传输的影响机制。随后，实验测量了在SiC基底上生长的远程外延AlN的ITC。最后，基于实验和模拟结果，阐明了远程外延结构的界面热传输机制。
结论
本研究基于AlN/Gr/SiC体系，结合NEMD模拟和TDTR测量，全面探讨了远程外延结构中的界面热传输行为。模拟结果阐明了静电相互作用在增强界面结合能和促进层状界面间声子传输中的关键作用。实验测量进一步证实，在静电效应的驱动下，远程外延结构
CRediT作者贡献声明
Jing Zhou：撰写——原始草稿、验证、方法论、研究、正式分析、数据管理、概念化。Yuning Wang：撰写——原始草稿、方法论、研究、数据管理、概念化。Ziyang Wang：撰写——审阅与编辑、研究、正式分析、数据管理。Zhengqian Lu：方法论、正式分析。Wei Wang：方法论、研究。Liang Wang：研究、正式分析。Jianxi Xu：研究、数据管理。Dawei Tang：
