在《Journal of Materials Chemistry A》期刊上，西安交通大学和现代化学研究院的研究团队发布了关于利用原子层沉积（ALD）技术制备高质量铝氮化物（AlN）薄膜的新成果。该研究表明，ALD技术可以有效提高AlN薄膜的热导率，为高功率电子设备的热管理提供了优越的解决方案。
研究背景与目标
随着电子设备向高功率密度方向发展，热管理问题变得愈发关键。特别是在小型化和集成化的电子设备中，传统的热传导材料无法有效散热，导致设备过热，严重影响设备性能和可靠性。AlN作为一种具有高热导率和宽带隙的陶瓷材料，已被广泛研究用于电子器件的热管理。然而，传统的AlN薄膜在厚度和晶体质量方面存在问题，影响了其热传导性能。本研究采用ALD技术，以较低的沉积温度和精确的控制方法，制备了高质量的AlN薄膜，显著提高了其热导率。
TDTR技术的应用与贡献
在本研究中，研究人员利用时域热反射（TDTR）技术对ALD制备的AlN薄膜进行热导率测量。TDTR技术是一种非接触式、基于激光的热传导测试方法，能够精确测量薄膜的热导率和界面热导率。通过对AlN薄膜的表面进行超短激光脉冲激发，测量反射光的变化，进而获得热传导数据。
本研究使用了Aunist（昊远精测）提供的Pioneer-01 TDTR系统进行测试。该系统配备1064 nm飞秒激光，精确测量了不同沉积周期下AlN薄膜的热导率。研究发现，经过2000次ALD循环的AlN薄膜，其热导率达到了240.77 W/m·K，远高于使用其他方法制备的薄膜。这一结果表明，ALD技术能够有效提升AlN薄膜的热导性能，适用于高功率电子器件的热管理。
实验结果与意义
通过对AlN薄膜的结构和性能测试，研究人员发现，ALD制备的AlN薄膜具有优异的结晶性和均匀性。X射线衍射（XRD）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）表明，薄膜在硅基底上生长良好，并呈现出高度的结晶性。研究还表明，随着ALD循环次数的增加，AlN薄膜的晶粒尺寸逐渐增大，热导率也随之提升，表明良好的晶体质量对于提升热导率至关重要。
此外，ALD制备的AlN薄膜在高功率LED应用中的热传导性能也得到了验证。通过T3Ster热传递测试，研究人员发现，使用ALD AlN薄膜的热沉可以显著降低LED结点温度，证明了其在高功率电子设备中的热管理能力。
结论
本研究展示了利用原子层沉积技术制备高质量AlN薄膜在电子器件热管理中的潜力。通过Aunist（昊远精测）Pioneer-01 TDTR系统进行的热导率测试表明，ALD AlN薄膜具有优异的热导性能，能够有效改善高功率电子器件的热散逸问题。研究为高质量AlN薄膜在电子设备中的应用提供了新的解决方案，并为未来电子器件的热管理设计提供了宝贵的理论依据。
