CMOS兼容的氮化铝基铁电薄膜的热导率与光学声子散射

《Nature Communications》：Thermal conductivity and optical phonon scattering of CMOS compatible aluminum nitride based ferroelectric thin films

　　掺铝氮化物中铁电性的出现使纤锌矿结构氮化物成为下一代存储和逻辑器件的有力候选材料。然而，诱导和稳定铁电性所需的结构变化，包括键强、谐波性和晶体有序度的改变，同时也会影响声子动力学，从而在极化翻转和热传输之间形成相互竞争的通道。本研究报道了掺杂剂在Al???B?N和Al?????B?Sc?N薄膜中调控铁电与热学性能的截然不同的作用，其中对成分和厚度的变化进行了系统探索。利用时域热反射法，热导率揭示了由掺杂剂驱动的声子-声子、声子-杂质和缺陷诱导散射机制之间的转变。红外变角光谱椭偏法提供了光学声子寿命的信息，我们观察到面内横向光学声子寿命与时间域热反射法测得的跨面热导率之间存在单调关系，表明红外椭偏法可作为这些基于氮化铝的铁电薄膜中由无序引起的振动衰减的系统特异性光谱探针。研究结果表明，尽管无序可以降低矫顽场，但相同的机制同时抑制了晶格热导率，凸显了铁电性能与热管理之间固有的权衡关系。本工作强调了掺杂剂在基于氮化铝的铁电材料中发挥的双重且有时相互矛盾的作用，它们同时塑造了电子和热学响应，为集成热韧电子系统的热设计约束条件提供了重要参考。