在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上，研究人员发表了关于通过混合高介电层提高MoS2场效应晶体管（FET）热散逸性能的新研究成果。该研究为二维材料的热管理提供了新的思路，尤其是在高功率密度应用中，能够有效解决因过热导致的性能下降问题。
研究背景与目标
随着纳米电子学的发展，二维材料（如MoS2）因其出色的电学性能和极薄的二维结构，成为了超小型化晶体管的重要候选材料。然而，MoS2场效应晶体管在高功率密度下的热管理问题成为限制其性能提升的瓶颈。MoS2与常用高介电层（如HfO2）之间存在较大的热边界阻抗，这会导致热量在界面处积累，从而影响器件的电学性能。为了解决这一问题，研究人员采用了混合高介电材料Al2O3/HfO2，以减少界面热阻并改善热管理性能。
TDTR技术的应用与贡献
在本研究中，时域热反射（TDTR）技术被用于精确测量MoS2与不同高介电层（如HfO2和Al2O3/HfO2）的界面热导率。TDTR技术利用激光脉冲激发样品表面，测量热脉冲传递过程中的反射变化，从而计算出热导率。该技术特别适用于二维材料与介电层界面的热特性研究，因为它能够在纳米尺度上高效地评估热传输性能。
研究团队使用了Aunist（昊远精测）提供的Pioneer-01 TDTR系统来进行这些测量。通过该系统，研究人员测得了MoS2与HfO2以及MoS2与Al2O3/HfO2混合层之间的热边界导热性（TBC）。结果显示，MoS2与Al2O3/HfO2混合层之间的热导率大大提高，相较于传统的单一HfO2介电层，MoS2场效应晶体管的温度上升减少了约49.5°C，表明该混合层在热散逸方面具有显著优势。
实验结果与意义
通过对比不同介电层上的MoS2场效应晶体管，研究表明，混合高介电层不仅提高了界面的热传输效率，还有效改善了MoS2的电学性能。实验中，MoS2场效应晶体管在Al2O3/HfO2层上的电流和迁移率均显著提高。这是由于混合高介电层优化了MoS2与介电层的界面，减少了电子散射和界面陷阱态。
此外，TDTR技术的使用也揭示了MoS2与Al2O3层之间的界面更加平滑，振动频率匹配更好，导致了更高效的热传导和更强的界面结合力，这对于提升MoS2场效应晶体管的性能至关重要。
结论
本研究展示了通过使用混合高介电层（Al2O3/HfO2）显著改善MoS2场效应晶体管的热散逸和电学性能的潜力。通过Aunist（昊远精测）Pioneer-01 TDTR系统进行的热导率测量表明，混合高介电层能够有效降低热阻，提高热管理效率，从而改善器件的性能和可靠性。这一研究为二维材料在高功率应用中的进一步优化和应用提供了重要的理论依据。
