复旦大学、复旦大学宁波研究院、中国科学院宁波材料技术与工程研究所和北京科技大学团队在《Nature Communications》发表研究成果，通过构筑Ga₂O₃/SiO₂/SiC共价键界面，大幅改善超宽禁带Ga₂O₃器件的近结散热能力。
研究内容
Ga₂O₃具有超宽禁带和高击穿场强，但其热导率仅约10～27 W/(m·K)，高功率工作时容易产生严重自热。将约70 nm Ga₂O₃薄膜集成到高热导SiC衬底上是一条有效路径，但弱范德华界面会形成显著热阻，使SiC的散热能力难以充分发挥。研究团队通过原子层沉积和热处理，在Ga₂O₃与SiC之间形成厚度可控的SiO₂过渡层，并使其与两侧材料建立强共价键，构建新的声子传输通道。
TDTR设备的作用
研究采用AUTINST（昊远精测）Pioneer-ONE TDTR系统，对不同退火温度、时间和SiO₂厚度样品的界面热导率进行系统测量。测试以1064 nm光加热、532 nm光探测，通过拟合不同延迟时间下的热反射信号，获得Ga₂O₃薄膜热导率和Ga₂O₃/SiC异质界面热导。Pioneer-ONE TDTR系统在本研究中承担了核心验证任务：它直接量化从弱范德华接触到共价键连接后的界面热输运变化，并锁定SiO₂过渡层的佳厚度，而不是仅依靠原子结构观察推断散热改善。
研究成果
Pioneer-ONE TDTR系统测得未经处理样品的界面热导率仅为17.5 MW/(m²·K)。1173 K处理形成共价键后，界面热导率升至100.9 MW/(m²·K)；当SiO₂层厚度达到5.8 nm时，高达到162.1 MW/(m²·K)，约为初始范德华界面的9倍。继续增厚至约6 nm后，受缺陷和界面无序影响，界面热导率回落至148.4 MW/(m²·K)。Ga₂O₃薄膜热导率也由5.7提升至6.2 W/(m·K)。红外热成像进一步显示，在390 mW/cm²照射下，共价键样品的峰值温度比未处理样品低约29 ℃。分子动力学与器件模拟则表明，共价键和SiO₂声子桥共同降低了界面温降，并有助于缓解器件自热。
结论与设备价值
研究证明，界面化学键设计能够将高热导衬底的能力真正传递到低热导有源层。Pioneer-ONE TDTR系统不仅验证了约9倍的界面热导提升，还确定了5.8 nm附近的工艺优点，为Ga₂O₃、GaN及其他宽禁带半导体异质集成的界面设计和热处理优化提供了直接量化工具。
文章链接：Improving interfacial thermal conductivity by constructing covalent bond between Ga₂O₃ and SiC
