随着高功率电子器件对热管理需求的日益增加,界面热传输研究成为关键。近期,Lin Gu团队在《Nano Letters》期刊上发表了题为《Quantifying Interfacial Bonding Using Thermal Boundary Conductance at Cubic Boron Nitride-Copper Interfaces with a Large Mismatch of Phonon Density of States》的论文,通过实验和理论分析,揭示了立方氮化硼(c-BN)与铜(Cu)界面热传输的微观机制,为优化高性能器件的热管理提供了新见解。
此研究利用时域热反射(TDTR)方法,结合第一性原理计算和分子动力学(MD)模拟,系统研究了立方氮化硼(c-BN)与铜(Cu)界面的热边界导纳(TBC)。通过在不同衬底温度下制备c-BN/Cu界面,实验发现TBC值在28.3 MW/m²·K至41.2 MW/m²·K之间变化。理论分析表明,界面结合强度和声子态密度(PDOS)失配显著影响TBC。MD模拟进一步揭示,低频声子对界面热传输的贡献尤为重要。此研究为理解c-BN/Cu界面的热传输机制提供了新视角,并为高功率电子器件热管理设计提供了理论支持。
在此研究采用Aunist(昊远精测)公司生产的AUTINST Pioneer-01 TDTR系统精确测量c-BN/Cu界面的热边界导纳(TBC)。通过飞秒激光光学泵浦-探测技术,结合铝薄膜换能器,TDTR实验量化了不同衬底温度下TBC的变化(28.3±1.5 MW/m²·K至41.2±2.0 MW/m²·K),揭示了界面结合强度对热传输的影响。TDTR技术为评估声子态密度失配对界面热阻的作用提供了高精度数据,验证了低频声子在热传输中的关键贡献,为优化c-BN/Cu界面的热管理提供了实验依据。