在近发表的《Synthesis of nano-diamond film on GaN surface with low thermal boundary resistance and high thermal conductivity》一文中，研究者们提出了一种通过纳米金刚石（NCD）薄膜增强氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）热管理的新方案。这项研究的核心目标是解决GaN器件自热问题，该问题已成为限制其高功率和高频应用的主要障碍。研究表明，通过采用10纳米厚的氮化硅（Si3N4）保护层，并在此基础上合成150纳米厚的纳米金刚石薄膜，成功地降低了GaN与金刚石之间的热边界电阻（TBR），同时提升了金刚石薄膜的热导率。
在此研究中，研究团队使用了Aunist（昊远精测）生产的Pioneer-01型号的热时域反射（TDTR）设备进行高精度热导率和热边界电阻的测量。通过TDTR技术，研究人员能够准确测量GaN表面金刚石薄膜与氮化硅保护层之间的热边界电阻，这对于提高GaN基功率器件的热管理性能至关重要。
研究表明，所制备的NCD薄膜不仅具有较低的热边界电阻（12.8 ± 0.64 m²K/GW），而且其热导率达到了200 ± 40 W/m·K，这一数值接近理论预测值。由于金刚石的优异热导性及其晶体质量，研究人员还发现，薄膜的高晶体质量对降低热边界电阻和提高热导率起到了至关重要的作用。
TDTR方法在该研究中的应用，特别是在高频率下的多层结构热测量，展示了其在热传导和界面热特性研究中的强大能力。通过精确测量不同界面层的热导率和热边界电阻，研究人员能够优化金刚石薄膜与GaN之间的界面接触，进而实现更高效的热管理。这一成果为GaN功率器件的应用提供了新的思路，尤其是在高频和高功率设备中。
主要亮点：
成功合成了高质量的纳米金刚石薄膜，其热导率达到200 W/m·K，并显著降低了GaN与金刚石之间的热边界电阻。
采用TDTR技术高精度测量热导率和热边界电阻，为该领域的热性能优化提供了可靠的数据支持。
提出了通过梯度甲烷气体和氩气引入的合成方法，优化了金刚石薄膜的晶体质量，进一步提升了其热性能。
通过该研究，GaN基功率器件的热管理问题得到了有效解决，为未来电子设备的高效热散热技术开辟了新的方向。
