[发明专利]一种调控金属/绝缘体界面热导的方法

说明书

本发明公开了一种调控金属/绝缘体界面热导的方法，属于材料科学技术领域。它包括将金属设置于绝缘体表面，所述金属与绝缘体的接触面为金属/绝缘体界面；所述绝缘体包括铁电体；对铁电体施加外电场或应力，通过调节外电场或应力的大小或其方向与金属/绝缘体界面之间的夹角来调控金属/绝缘体界面热导。本发明能通过调控界面聚集电荷调控金属/绝缘体界面热导，从而有效提升界面热导率的调控效率和便捷度，这对于电力电子器件的热管理具有重要意义。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，更具体地说，涉及一种调控金属/绝缘体界面热导的方法。

背景技术

热耗散是制约芯片晶体管密度与计算能力继续上升的主要限制因素之一，纳米结构材料的热导调控和功能材料热性能的动态调节是基础研究和电子应用中的关键问题。随着电子器件的不断小型化，奇特的热输运行为可能会出现，如材料表现出可忽略的热阻和声子的弹道传播。在纳米尺度下，热阻主要由声子在边界处的散射决定；因此，界面处热能在载体之间的转换效率变得非常重要。由于电子和声子分别在金属和绝缘体的热传导中占主导地位，若想允许热通过金属-绝缘体界面，则热量传递必须在它们之间发生。这种电子(金属)-声子(绝缘体)耦合可以间接或直接发生。在间接的情况下，电子-声子耦合发生在金属侧，随后需要在金属和绝缘体之间发生声子耦合，就像在两个绝缘体之间的连接处一样。在直接的情况下，电子-声子耦合发生在金属中的自由电子和绝缘体中的声子之间。然而，由于界面电子-声子耦合的机理不明确，因而阻碍了界面热导的调控。

近年来，材料热输运性质的调控受到了广泛关注，目前已形成了多种热导调控的方法，包括化学元素掺杂、超晶格构筑、晶体结构优化、铁电晶体的畴壁或晶界密度控制。对于材料界面热导的调控而言，通过化学键合改性调节界面热输运、表面粗糙度工程或插入缓冲层改善界面热导率已得到广泛应用。金属/绝缘体界面是现代电子器件中的常见界面结构，在诸如薄膜纳米电容器、纳米铁电存储器和铁电隧道结等新型电子器件中有大量的金属/绝缘体界面。因此，开发有效调节金属/绝缘体界面热阻的新策略是迫切需要的。金属中传导热能的主要载体为热化电子，而在绝缘铁电体中则为声子。

因此，如何提高金属/绝缘体界面的电子-声子耦合以提升界面热输运效率是亟待解决的重要科学技术问题，这一问题的解决将为技术的推广应用奠定坚实基础。目前亟需设计一种能够简便有效调节金属和绝缘体界面热导的方法，从而运用于电子电子器件的设计与应用当中。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中调控金属和绝缘体界面热导率调节工艺繁琐且效率较低的问题，本发明提供一种调控金属/绝缘体界面热导的方法；通过选取具有极化特性的绝缘体材料代替普通绝缘性材料与金属进行结合，通过外界电场或应力或其他方式改变极化材料的极化方向或极化强度，从而有效解决现有技术中调控金属和绝缘体界面热导调节工艺繁琐且效率较低的问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种调控金属/绝缘体界面热导的方法，将金属设置于绝缘体表面，所述金属与绝缘体的接触面为金属/绝缘体界面；所述绝缘体包括

铁电体；对铁电体施加外电场或应力，通过调节外电场或应力的大小或其方向与金属/绝缘体界面之间的夹角来调控金属/绝缘体界面热导；

或压电体；对压电体施加应力，通过调节应力的大小或其方向与金属/绝缘体界面之间的夹角来调控金属/绝缘体界面热导；

或热释电体；通过调节热释电体的温度来调控金属/绝缘体界面热导。

优选地，所述外电场或应力的方向在平行于金属/绝缘体界面方向和垂直于金属/绝缘体界面方向之间进行调节。