在大多数电子系统中，大量的废热通过一系列具有热阻的器件层和接口从热点散发到散热器。大的热阻和由此升高的热点温度会降低器件的工作性能，因此热管理是半导体工业中的一个重要技术挑战。最近关于改善散热的研究主要集中在更换普通衬底（如碳化硅、硅和蓝宝石）和高导热（HTC）材料，以降低整体热阻。高性能热管理的一个关键挑战是实现HTC与电子结附近的低热边界电阻（thermal boundary resistance，界面对热流的电阻）的结合。

　　金刚石是目前领先的研究原型HTC材料的高性能电力电子冷却。研究表明，与传统的射频（RF）系统相比，氮化镓（GaN）-金刚石器件的热点温度降低。然而，GaN-diamond界面的总热阻很低，影响了金刚石在热管理方面的应用潜力。传统的高温超导材料也受到热性能和其他固有问题的限制。例如，金刚石和立方氮化硼由于其高温高压合成要求、生长速度慢、成本高、质量劣化以及难以与半导体集成而在应用上具有挑战性。因为具有很弱的跨平面范德华键合，石墨具有很强的各向异性和机械柔软性。石墨烯和纳米管等纳米材料可以作为各种材料的良导体，但当以实际尺寸集成时，由于环境相互作用和无序散射，它们的热导率会下降。

　　近年来，基于从头计算理论（ab initio theory）在实验上开发出了新的化合物半导体，其热导率超过了一般的热导体。磷化硼(BP)和砷化硼(BAs)的各向同性热导率分别为500 W m-1 k-1和1300 W m-1 k-1。BAs的机械和热物理性能已被测量为与功率半导体高度兼容，这是器件集成所需要的。BAs和BP与其他材料层的异构集成和表征对于在热管理应用设备中的未来实现至关重要，但这些尚未被探索。

　　美国加州大学洛杉矶分校研究人员报道了BAs和BP与其它金属和半导体材料的界面特性和集成，并通过材料表征、光谱测量和原子声子输运理论模拟研究了这些界面的散热性能和机制。由于其独特的声子能带结构，BAs和BP表现出高HTC和低TBR的结合。

　　研究人员使用变质异质外延技术发展GaN-on-BAs结构，并测量了250 MW m-2 k-1的热边界电导，通过使用具有可变宽度热源的GaN–BAs结构的实验数据来确定和研究GaN晶体管的热点温度，并开发了器件集成并提供了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（hemt）的实验测量，验证了BAs优越的冷却性能。

图1 电子热管理采用集成HTC材料作为冷却基板，以改善散热

　　该研究成果发表在《Nature Electronics》,2021，4：416–423, 题目：“Integration of boron arsenide cooling substrates into gallium nitride devices”。