碳纳米管增强型半导体复合材料的热导率优化

摘要

随着电子设备集成度与功率密度的不断提升，半导体器件的散热问题成为制约其性能发展的关键因素。开发具有高导热性能的半导体复合材料成为当前研究重点，其中碳纳米管增强型半导体复合材料因其优异的导热特性而备受关注。本研究采用化学气相沉积法(CVD)制备具有不同结构参数的单壁碳纳米管(SWCNTs)与多壁碳纳米管(MWCNTs),并与硅基体复合，通过调控CVD工艺参数、优化制备工艺及表面改性等手段，系统探究碳纳米管特性对复合材料热导率的影响。结果表明，碳纳米管的管径和含量对复合材料热导率具有决定性影响，其中管径小的SWCNTs因其更长的声子平均自由程而在热传导方面展现出显著优势。经优化处理后，管径5 nm、10 nm的SWCNTs增强复合材料热导率分别提升66.7%、61.9%,3～5层MWCNTs增强复合材料热导率提升61.1%,为高功率密度半导体器件的散热问题提供了有效解决方案。

关键词

碳纳米管 / 半导体复合材料 / 热导率 / 界面热阻