TherMAp - Własności cieplne materiałów azotkowych do zastosowań w mikroelektronice
Typ projektu: MOST - ÖeAD GmbH
Kierownik projektu po stronie PL: dr Alexandra Filatova - Zalewska
Kierownik projektu po stronie AT: dr Lisa Mitterhuber-Gressl (Materials Center Leoben Forschung GmbH)
Opis projektu:
W obecnych czasach, kiedy sporą uwagę poświęca się badaniom własności półprzewodnikowych materiałów wykorzystywanych w elektronice, powinniśmy nie mniejszą uwagę poświęcać badaniom własności cieplnych tych materiałów. Posiadając wiedzę o mechanizmach transportu ciepła będziemy mogli zrozumieć, w jaki sposób powinniśmy konstruować przyrządy, aby zwiększyć ich efektywność. W tym celu, niezbędne są systematyczne badania między innymi współczynnika przewodnictwa cieplnego materiałów (w tym supersieci), aby taką wiedzę zdobyć.
W przypadku półprzewodnikowych heterostruktur ważne są zarówno, zależność przewodnictwa cieplnego od temperatury, jak i od grubości periodu supersieci. Oprócz tego, powinniśmy odróżniać poprzeczny (ang. cross-plane) współczynnik przewodnictwa cieplnego materiału od podłużnego (ang. in-plane), czyli zwracać uwagę na anizotropię tej własności fizycznej. Ten ostatni rośnie wraz ze wzrostem temperatury i maleje po osiągnięciu wartości maksymalnej, z kolei wraz ze zmniejszeniem się grubości periodu również maleje. Jeżeli chodzi o poprzeczny współczynnik przewodnictwa cieplnego, to jego wartość zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. Z kolei z opublikowanych do tej pory prac wynika, iż zależność tego przewodnictwa cieplnego od grubości periodu heterostruktury jest znacznie ciekawsza. Dla niektórych supersieci zaobserwowano minimalne przewodnictwo cieplne dla pewnej grubości periodu, czyli poprzeczne przewodnictwo cieplne najpierw zmniejsza się, a potem się zwiększa wraz ze zmniejszeniem się grubości periodu. Uważa się, iż za takie zachowanie się przewodnictwa odpowiedzialna jest zmiana mechanizmu transportu fononów (które odpowiadają głównie za przewodzenie ciepła w materiałach półprzewodnikowych) z niekoherentnego (ang. incoherent) na koherentny (ang. coherent). Badania tych wkładów w transport fononów dla różnych heterostruktur są niezbędne dla lepszego zrozumienia procesów, odpowiedzialnych za wartość anizotropowego przewodnictwa cieplnego tych materiałów.
Celem projektu jest znalezienie przejścia (ang. crossover) od koherentnego do niekoherentnego transportu fononów na przykładzie supersieci AlGaN/GaN w zakresie temperatur od 100 K do 700 K. Zakładamy, że dla takich struktur możemy znaleźć pewną wartość grubości periodu supersieci, dla której anizotropowe przewodnictwo cieplne będzie minimalne, co wskazywałoby na istnienie przejścia między koherentnym transportem ciepła a niekoherentnym. W ramach osiągnięcia celu zostaną przeprowadzone badania anizotropowego współczynnika przewodnictwa cieplnego dla supersieci, różniących się od siebie zarówno grubościami oraz ilością periodów, jak również zawartością glinu w warstwie azotku glinowo-galowego, z uwzględnieniem zależności temperaturowej tej własności fizycznej.
Polska grupa projektowa składa się z dwóch zespołów. Pracownicy Katedry Mikroelektroniki i Nanotechnologii Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów odpowiedzialni będą za przygotowanie supersieci za pomocą epitaksji z fazy gazowej z użyciem związków metaloorganicznych. Zadaniem członków zespołu z Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN będą pomiary współczynnika przewodnictwa cieplnego za pomocą metody 3ω w zakresie temperatur od 100 K do 320 K, wtedy gdy austriacki partner zmierzy tę własność fizyczną wykorzystując metodę odbiciową (ang. time-domain thermoreflectance (TDTR)) w zakresie temperatur od 300 K do 700 K oraz w celu zgłębienia analizy struktury supersieci przeprowadzi badania z wykorzystaniem spektroskopii Ramana. Przeprowadzając takie badania dla supersieci AlGaN/GaN o różnych grubości periodu oraz zawartości glinu będziemy mogli poszerzyć wiedzę na temat mechanizmu transportu ciepła w materiałach półprzewodnikowych.
