二维材料与金属界面声子热传导研究

The high-density electronic devices accumulated heat spot has become the bottleneck for further miniaturization of the modern electronics. This is due to the fact that the size-effect and nonlinear effect are ignored in the traditional thermal transport theory, resulting in unclear physics behind the thermal dissipation and thermal management in nano/micro scale. In this project, by using the electron beam self-heating method, we will systematically carry out experimental on the thermal transport through the interfaces between two-dimensional materials and metal, with the goal of trying to answer an fundamental problem in thermal transport: how does the heat(phonon) behavior when passing through the interface.

随着微电子器件进一步微小化和集成化，高密度元器件产生的热点成为其进一步发展的瓶颈和障碍。传统采用的宏观热传导理论系统忽略了微纳尺度下的尺寸效应和非线性效应，使得微电子器件的散热等工程问题的热传导物理机理都未得到清晰的解释。因此，本项目通过采用自行开发的电子束自加热法，将对二维材料与金属界面热传导过程进行系统的实验研究，探讨热传导一个基本问题：声子(二维材料中热量主要载体为声子)如何通过各种界面？希望通过本项目的研究，为将来二维材料电子元器件和光电元器件的散热提供实验支持。

纳米结构材料的界面热传导是个悬而未决的科学问题，对其研究不得不面临来自测量技术和理论的双重挑战。其主要原因是缺乏对声子穿过各种界面的物理机理的认知，更是缺乏对界面热阻测量的有效手段。本项目以二维材料为研究平台，探索二维材料热导率、界面热阻等基本物理问题，并研究声子-声子耦合、电子-声子耦合对界面热阻的调控机理。我们将电子束自加热法扩展到了二维体系，并将其用于二维材料本征热导率及相关界面热阻研究；提出及验证了几种界面热阻调控的新方法，有效地降低界面热阻；在悬空多层氮化硼h-BN中观测到了热导率厚度及维度效应；开创性地提出了电子-声子直接相互作用模型并在实验中得到验证。通过本项目研究，基本理清二维材料热传导机理及相关界面热阻的物理图像，为解决芯片散热问题提供了一种介电基底修饰的新技术，具有重要的应用前景。