近日，廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的于大全教授和林偉毅助理教授團隊在納米尺度下金剛石的熱能輸運機理研究方面取得重要進展，將相關(guān)研究成果發(fā)表在頂級期刊《Advanced Functional Materials》上。

金剛石，作為一種具有卓越物理特性的超寬帶隙半導(dǎo)體材料，其高擊穿電場、高熱導(dǎo)率以及高載體遷移率使其成為制備高功率、高頻、高溫及低功率損耗電子器件的首選材料。尤其在當(dāng)前電子器件小型化和高密度集成的趨勢下，金剛石更是展現(xiàn)出了其在熱管理方面的巨大潛力。

團隊通過精密的實驗手段，將單晶金剛石減薄至幾十納米數(shù)量級，并利用拉曼光譜技術(shù)監(jiān)測聲子能量的變化。他們發(fā)現(xiàn)，在較高溫度下，金剛石薄片的熱導(dǎo)率遵循κ~1/T的衰減規(guī)律，這與Debye-Callaway模型的預(yù)測相符，進一步證實了Umklapp聲子散射的存在。

此外，研究團隊還觀察到了熱導(dǎo)率與熱傳輸路徑尺度之間的對數(shù)發(fā)散關(guān)系，即κ~log(L)，這符合Fermi-Pasta-Ulam模型的預(yù)測。這一發(fā)現(xiàn)揭示了金剛石在納米尺度下獨特的二維聲子特性，并表明超薄金剛石仍具有卓越的面內(nèi)熱導(dǎo)率，其值高達2000 W/mK，遠超大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體材料。

這些研究成果不僅擴展了我們對3D晶體在納米尺度能量輸運的理解，更為金剛石在芯片熱管理中的應(yīng)用提供了堅實的理論基礎(chǔ)。事實上，研究團隊已與華為、廈門云天等企業(yè)展開了緊密合作，系統(tǒng)研究了芯片與金剛石襯底鍵合以及集成散熱技術(shù)，相關(guān)研究成果已發(fā)表在《IEEE Electron Device Letters》和《Journal of Materials Science and Technology》等權(quán)威期刊上，為推進金剛石散熱產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

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