同位素纯化半导体具有更高的热导率(κ),因此散热性能可能比天然的、同位素混合的半导体更好。但对于室温下的 Si 来说,这种好处很低,块状 28 Si 的 κ 仅比块状天然 Si(nat Si)高 ∼ 10 %。我们发现,与这种块体行为形成鲜明对比的是,28 Si(99.92% 富集)纳米线的 κ 比具有相似直径和表面形貌的天然 Si 纳米线高 150 %。使用第一性原理声子色散模型,这种巨同位素效应归因于天然 Si 纳米线中同位素散射和声子表面散射的相互增强,并通过声子传输到原生非晶态 SiO 2 壳层而相关。该信发现了迄今为止报道的所有材料中室温下κ同位素效应最强的材料,并启发了同位素富集半导体在微电子领域的潜在应用。
各种应用(例如太空应用)对高功率密度、高效率电子设备的需求日益增加。高功率密度要求在封装层面进行有效的热管理,以确保工作温度保持在安全的工作范围内,避免设备早期故障。芯片粘接(芯片和法兰之间的粘合层)一直是热瓶颈,依赖于导热率相对较低的共晶焊料。正在开发先进的高导热率芯片粘接材料,包括烧结银和银环氧树脂,以解决这一问题。然而,这些新材料的热导率通常以其块体形式进行评估;体积热导率可能无法代表实际应用中较低的实际“有效”热导率,这也受到界面和空隙的影响。在本文中,频域热反射已调整为在低频下运行,具有深度灵敏度,可测量夹在芯片和法兰之间的芯片粘接层的热导率。
我们展示了如何同时控制 ZnO 薄膜的电和热传输特性,该薄膜是通过原型原子层沉积 (ALD) 工艺从二乙基锌 (DEZ) 和水前体制备的。关键的 ALD 工艺参数是在 DEZ 前体脉冲之后施加的 N 2 吹扫时间。我们利用 X 射线反射率测量来表征薄膜的生长特性,利用光致发光光谱来表征结构缺陷,利用电传输测量来表征载流子密度、电阻率和塞贝克系数,利用时域热反射测量来表征热导率。光致发光光谱数据表明,延长吹扫时间会产生结构缺陷,从而增加电子载流子密度;这可以解释薄膜电导率增强的原因。同时,缺陷可能会阻碍薄膜中的热传输。因此,实现电导率的同时增加和热导率的降低对热电学至关重要。此外,在光学和微电子领域中,人们非常希望对半导体 ZnO 薄膜的本征电传输特性进行简单的控制。
随着 5G、人工智能、物联网等技术的快速发展,微电子设备的工作温度不断升高,对导热和电绝缘材料的需求显著增加[1-4]。这主要是因为微电子设备运行时芯片产生的热量由于一层热界面材料(TIM)而不能迅速传递到冷却设备。TIM 的主要作用是填充微电子设备与散热器翅片之间的缝隙,从而降低界面热阻[5]。环氧树脂或硅橡胶等聚合物因具有优异的黏附性、热稳定性和电绝缘性,常用作 TIM[6,7]。然而,它们的 TC 值较低(低于 0.3 W/m·K),不能满足微电子设备的需求。因此,迫切需要具有优异平面热导率的TIM,它能及时将热量传递至散热片,进而将热量传输到设备外部。通过加入陶瓷填料,如AlN[8-10]、Al2O3[11-13]、Si3N4[14]和BN[15,16],复合策略被认为是提高热导率的最有效方法。特别是对于具有与石墨类似的层状结构的BN,由于其优异的热导率(平面方向约600W/m·K)和宽的带隙[17-20],它引起了人们的极大兴趣。因此,将BN加入到聚合物中对提高热导率具有重要意义。然而,通过传统共混方法制备的BN基复合材料的平面热导率远低于平面取向的。在这方面,已经开发出一些策略来增强聚合物复合材料的平面导热性。一种策略是构建三维网络骨架。在这种结构中,
热电材料通过Seebeck效果提供了一种简单的解决方案,可从各种热源进行直接热能电源。在全球范围内,目前约有2/3的主要能量被浪费为热量。[1]因此,存在着很大的作用,可以提高许多发电和工业过程的能源效率。当前的热材料远离理论效率极限远。正在进行的正在进行的研究工作,以提高效率并在废热收集中实现更广泛的应用。[2–4]为此目的探索的一类材料是有机半导体(OSC)。热电材料的效率取决于功绩ZT = S2σT /(κE +κpH)的无量纲图,其中S [V K –1]表示Seebeck系数; σ[S M –1],电导率; κE和κpH [W M –1 K –1],电子和
这些材料的厚度[13,14]、孔隙率[15]、多晶性[16]和生长形貌都会影响关键的设计参数,如质量密度(ρ)和热导率(κ)。例如,质量密度是爆炸材料爆轰性能的主要参数,因为它与由此产生的传播速度成正比。[17,18]另一方面,热导率可以为药物成分的无定形稳定性提供关键见解,这最终决定了它们的生物利用度。[3,19,20]对于薄膜热障,质量密度和热导率都起着重要作用,因为它们通常是被动的并受到瞬态热载荷。 [8] 考虑到工程表面的状况、[12] 微观缺陷、[21] 通往非晶态的新途径[20] 和新型沉积技术[22] 预计将共同作用以控制有机薄膜的微观结构,需要对热物理性质进行局部测量,以指导其合成和生长。然而,对有机薄膜而言,质量密度的局部测量是一个巨大的挑战。例如,掠入射 X 射线反射、光谱椭圆偏振术和横截面扫描电子显微镜要么需要超光滑表面[23]、有机物透明的波长[24],要么需要可能损坏熔点低的样品的离子暴露。[25,26] 另一方面,重量法测量质量和体积会得出整个样本的平均密度,而没有关于微观结构的信息。显然,需要一种能够非破坏性地探测有机薄膜局部质量密度变化的测量技术。频域热反射 (FDTR) 是一种成熟的泵探测测量技术,可用于测定块体和薄膜材料的热性质,探测尺寸与激光光斑尺寸相当(通常约为 10 μ m)。[27–29] 使用 FDTR,可以定期提取材料的热导率和体积热容量 (ρcp)。然后可以使用测得的体积热容量和体积比热容 (cp) 的假设来确定质量密度。为了测量有机薄膜的质量密度,
从图 8A 的 SEM 结果中还可以观察到,纯 EP 树脂的断口形貌具有非常光滑的横截面和光滑的结构,呈现出明显的河流状形貌,这是典型的脆性断裂特征,表明纯 EP 树脂表现出有限的力学性能。然而,当添加适当含量的 S-TiO 2 (4.0 wt%) 时,EP 树脂的
100 247.2 217.9 205.9 38.5 224.5 199.8 260 76.5 48.6 46.5 10.3 49.7 45.3 110 215.4 178.6 169.1 32.8 183.7 164.3 270 73.6 46.5 44.5 9.9 47.6 43.4 120 190.7 150.8 143.1 28.6 155.0 139.1 280 70.9 44.6 42.6 9.5 45.6 41.6 130 171.1 130.4 124 25.3 133.9 120.6 290 68.4 42.8 40.9 9.1 43.8 39.9 140 155.4 114.9 109.4 22.7 117.9 106.4 300 66.1 41.2 39.4 8.8 42.1 38.4 150 142.3 102.7 97.9 20.6 105.3 95.2 310 63.9 39.7 38 8.5 40.5 37 160 131.5 92.9 88.7 18.8 95.3 86.2 320 61.9 38.3 36.6 8.2 39.1 35.7 170 122.2 82.9 81.1 17.4 87.0 78.9 330 60.1 37 35.4 7.9 37.8 34.5 180 114.3 78.2 74.7 16.1 80.1 72.7 340 58.3 35.8 34.3 7.7 36.5 33.4 190 107.4 72.5 69.4 15.1 74.3 67.5 350 56.7 34.6 33.2 7.4 35.4 32.3 200 101.4 67.7 64.4 14.1 69.3 63 360 55.1 33.6 32.2 7.2 34.3 31.3 210 96.1 63.4 60.4 13.3 64.9 59.1 370 53.6 32.6 31.3 7.0 33.3 30.4 220 91.3 59.8 57 12.6 61.2 55.6 380 52.3 31.7 30.4 6.8 32.4 29.6 230 87 56.5 53.9 11.9 57.8 52.6 390 51 30.8 29.5 6.6 31.5 28.7 240 83.2 53.6 51.1 11.3 54.8 49.9 400 49.7 30 28.8 6.4 30.6 28 250 79.7 51 48.7 10.8 52.2 47.5
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