在大多數電子系統中，大量的廢熱通過一系列具有熱阻的器件層和接口從熱點散發到散熱器。大的熱阻和由此升高的熱點溫度會降低器件的工作性能，因此熱管理是半導體工業中的一個重要技術挑戰。最近關于改善散熱的研究主要集中在更換普通襯底（如碳化硅、硅和藍寶石）和高導熱（HTC）材料，以降低整體熱阻。高性能熱管理的一個關鍵挑戰是實現HTC與電子結附近的低熱邊界電阻（thermal boundary resistance，界面對熱流的電阻）的結合。

　　金剛石是目前領先的研究原型HTC材料的高性能電力電子冷卻。研究表明，與傳統的射頻（RF）系統相比，氮化鎵（GaN）-金剛石器件的熱點溫度降低。然而，GaN-diamond界面的總熱阻很低，影響了金剛石在熱管理方面的應用潛力。傳統的高溫超導材料也受到熱性能和其他固有問題的限制。例如，金剛石和立方氮化硼由于其高溫高壓合成要求、生長速度慢、成本高、質量劣化以及難以與半導體集成而在應用上具有挑戰性。因為具有很弱的跨平面范德華鍵合，石墨具有很強的各向異性和機械柔軟性。石墨烯和納米管等納米材料可以作為各種材料的良導體，但當以實際尺寸集成時，由于環境相互作用和無序散射，它們的熱導率會下降。

　　近年來，基于從頭計算理論（ab initio theory）在實驗上開發出了新的化合物半導體，其熱導率超過了一般的熱導體。磷化硼(BP)和砷化硼(BAs)的各向同性熱導率分別為500 W m-1 k-1和1300 W m-1 k-1。BAs的機械和熱物理性能已被測量為與功率半導體高度兼容，這是器件集成所需要的。BAs和BP與其他材料層的異構集成和表征對于在熱管理應用設備中的未來實現至關重要，但這些尚未被探索。

　　美國加州大學洛杉磯分校研究人員報道了BAs和BP與其它金屬和半導體材料的界面特性和集成，并通過材料表征、光譜測量和原子聲子輸運理論模擬研究了這些界面的散熱性能和機制。由于其獨特的聲子能帶結構，BAs和BP表現出高HTC和低TBR的結合。

　　研究人員使用變質異質外延技術發展GaN-on-BAs結構，并測量了250 MW m-2 k-1的熱邊界電導，通過使用具有可變寬度熱源的GaN–BAs結構的實驗數據來確定和研究GaN晶體管的熱點溫度，并開發了器件集成并提供了AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管（hemt）的實驗測量，驗證了BAs優越的冷卻性能。

圖1 電子熱管理采用集成HTC材料作為冷卻基板，以改善散熱

　　該研究成果發表在《Nature Electronics》,2021，4：416–423, 題目：“Integration of boron arsenide cooling substrates into gallium nitride devices”。