Thermal Conductivity Measurement of Supported Thin Film Materials Using the 3$ω$ method
在这篇文章中，我们提出了一个彻底的分析的十字架，并在平面导热系数的薄膜材料的基础上的3 $ω$方法。该分析包括半无限体的二维数学传热模型以及测量过程中样品制备的详细信息。所提出的系统的数学模型考虑了其解决方案的二维空间。它使跨平面热导率的计算与一个单一的频率测量，推导出的方程打开了新的机会，基于频率和渗透深度相关的热导率分析。导出的面内热导率方程取决于跨面热导率。平面内和跨平面的热导率都使得能够在两个测量步骤中进行测量，电阻-温度斜率测量和提取电压信号的第三谐波的另一组测量。我们评估了两组样品，氮化硅和氮化硼，都在硅晶片上的方法。我们观察到的各向异性的热导率在交叉和面内方向，尽管各向同性性质的薄膜，我们涉及到的总各向异性的薄膜-基板系统。该技术有助于下一代纳米电子器件的热分析。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Boosting thermal conductivity by surface plasmon polaritons propagating along a thin Ti film
本研究实验证实沿玻璃衬底薄Ti膜传播的表面等离激元极化子可增强面内热传导，100nm厚Ti膜热导率较块体提升约35%，为微电子散热提供新途径。
2022-07-19 physics.app-ph physics.optics
Depth-Resolved Thermal Conductivity of HFCVD Diamond Films via Square-Pulsed Thermometry
School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学能源与动力工程学院）；Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学先进材料与技术研究院）；Shunde Graduate School, University of Science and Technology Beijing（北京科技大学顺德研究生院）；School of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学能源与动力工程学院）
研究通过平方脉冲热计量法测量HFCVD金刚石薄膜的深度热导率，结合频率依赖热穿透与深度分辨热传输模型，揭示了热导率随微结构演变的变化，为下一代功率器件热管理提供指导。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Decoupling the Roles of Defects/Impurities and Wrinkles in Thermal Conductivity of Wafer-scale hBN Films
本研究通过有限元建模与拉曼光热测量，解耦了缺陷/杂质与褶皱对晶圆级六方氮化硼薄膜热导率的影响，发现缺陷/杂质主导热阻，且热导率随厚度非单调变化。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electric field and current induced electroforming modes in NbOx
电铸用于通过在氧化物膜中创建导电传导路径来启动金属/氧化物/金属器件中的忆阻响应。在这里，我们使用一个简单的光刻胶为基础的检测技术来映射的空间分布的导电细丝形成的Nb/NbOx/Pt设备，并将这些与电流-电压特性和原位热反射测量，以确定不同的模式电铸在低和高电导率NbOx膜。在低电导率薄膜中，细丝随机分布在氧化膜内，与场诱导的最弱链接机制一致，而在高电导率薄膜中，它们集中在薄膜的中心。在后一种情况下，电流-电压特性和原位热反射成像表明，电铸与电流分叉成低电流密度和高电流密度的区域相关联。这是支持的电流分布的有限元建模，并显示与预测的一个简单的核壳模型的电流分布是一致的。这些结果清楚地表明，在相同的材料系统的电铸两种不同的模式，并表明，主导模式取决于膜的导电性，与场致电铸占主导地位的低导电性膜和电流分叉诱导电铸占主导地位的高导电性膜。最后，我们证明了高导电率薄膜中的S型负微分电阻和快回负微分电阻，并用双区模型解释了这一现象。
2020-01-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ablation threshold and temperature dependent thermal conductivity of high entropy carbide thin films
高熵碳化物（HECs）是一类很有前途的新型超高温陶瓷，可为高超声速飞行器前缘提供新的材料解决方案，其温度可达3500 ℃以上，并经历极端的热梯度。虽然HEC的机械和热性能在室温下已经得到了广泛的研究，但很少有工作研究HEC在高温下的性能或考虑这些材料对热冲击的响应。在这项工作中，我们测量了五阳离子HEC的热导率高达1200 ℃。我们发现，热导率随温度的增加，在单金属碳化物表现出的趋势一致。我们还测量了不同的CH4流速沉积的HEC的热导率，并发现，虽然热导率降低时，碳含量超过化学计量浓度，膜都表现出相同的温度依赖性的趋势，无论碳含量。为了比较HEC与难熔碳化物的抗热震性，我们进行脉冲激光烧蚀测量以确定HEC在损坏之前可以承受的通量阈值。我们发现，这个指标的平均粘结强度的趋势与理论硬度的HEC的预期。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Conductive Paintable 2D Layered MoS2 Inks
展示了具有纵横比依赖导电性的2D层状MoS2的导电和可涂油墨。使用超声波辅助溶剂剥离MoS2，高浓度的2D和少层悬浮液成为油墨，在涂漆时提供连贯的膜。可喷涂的2D MoS2油墨的导电性可以通过长度和宽度来调节，其中导电性与喷涂方向有关。减小涂膜的宽度，增加了相同长度的电导率，并且膜的电导率是纵横比依赖的。溶剂剥离的2D MoS2油墨可以在没有聚合物添加剂的情况下进行涂漆。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In Situ characterization of the proton enhanced conductivity of 20nm TiO2 thin-films obtained on the surface of optical fiber
我们报道了原位表征的沉积在光纤上的TiO 2薄膜，其厚度在20- 100 nm范围内，并且在与氢相互作用时具有700 S/cm的增强的电导率值。这种电导率是在纯氢中在800- 900 ℃下实现的，具有测量的跳跃型激活能为0.26eV。考虑到观察结果的可变性，假设可实现的最高电导率可能比目前证明的要大得多。的导电性保持冷却后的环境温度下确认的霍尔测量，和随后的掠入射X-射线衍射和TEM测量显示的薄膜是在金红石相。这些膜中的异常导电性被假设是由于质子直接掺入晶格中，从而用过量的电子填充导带，或者是由于改变二氧化钛晶格以形成导电的Magneli相。薄膜没有显示出任何转变的迹象，但是对于粉末，证实了Magneli相的形成。通过检查光纤表面上的20 nm膜并结合在高温燃料电池型环境中对光纤上的膜进行的第一阻抗光谱法观察到的这些有趣的结果证实了在现有出版物中得出的假设，其中二氧化钛薄膜具有只能由当前权利要求解释的光学性质。由于二氧化钛薄膜与氢的独特相互作用，光纤上的二氧化钛薄膜正被探索用于高温氢衍生能量产生、热光子能量转换以及相关传感器。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microscopic conductivity of passive films on ferritic stainless steel for hydrogen fuel cells
本研究通过先进表面表征技术探究氢燃料电池用铁素体不锈钢钝化膜的微观导电性，发现膜内存在位置依赖的高导电区域，为优化分离板材料设计提供关键见解。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of tunneling on the electrical conductivity of nanowire-based films: computer simulation within a core--shell model
我们研究了二维纳米线网络的导电性。隧穿对它们的导电性的贡献的分析评估表明，它是成比例的线浓度的平方。利用计算机模拟，考虑了三种阻力，即，(i)导线的电阻，（ii）导线-导线结电阻，以及（iii）导线之间的隧道电阻。我们发现，由于隧道效应，逾渗阈值降低。然而，隧道效应对致密纳米线网络的电导率的影响可以忽略不计。
2019-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Thickness-dependent conductivity of nanometric semiconductor thin films
本文提出基于量子限域的理论，解释纳米半导体薄膜在1-10 nm厚度范围内电阻率随厚度减小呈指数升高的现象，成功重现Si薄膜实验数据，弥补了Fuchs-Sondheimer表面散射理论的不足。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Revisiting Effects of Nitrogen Incorporation and Graphitization on Conductivity of Ultra-nano-crystalline Diamond Films
系统研究了在H $_\text{2}$ /CH $_\text{4}$ /N $_\text{2}$等离子体中生长的超纳米金刚石（UNCD）薄膜的结构和电学性质随沉积温度（$T_d$）和氮含量（$\%$ N $_2$）的变化，以全面评估它们对电导率的影响。从1000至1300 K扫描$T_d$，以获得固定在0、5、10和20 $\%$的N $_2$。发现即使在不含氮气的合成气混合物中生长的膜也可以制成与1 $-$ 10 $^{-2}$ $Ω$ cm一样导电，其中通过改变生长参数，所有膜的总电阻率被调谐超过4个数量级。在一组27个样品上，拉曼光谱和扫描电子显微镜显示出随着沉积温度的升高，从超纳米晶金刚石到纳米晶石墨的渐进的和高度可重复的膜材料相变。这种转化的速率在很大程度上取决于N $_2$含量。氮的添加大大增加了膜中$sp^2$键合碳的量，从而增强了具有高电子态密度的GB网络中的物理连接性。然而，氮气的加入大大减缓了GB中$sp^2$相的结晶。因此，在（N）UNCD导电性工程中，GB连接性和结晶度之间的适当平衡是关键。
2019-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Laser Annealing of Transparent ZnO Thin Films: A Route to Improve Electrical Conductivity and Oxygen Sensing Capabilities
Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所，西班牙科学理事会-萨拉戈萨大学）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, LMGP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔理工学院）
本文通过超短脉冲激光扫描退火技术优化氧化锌薄膜的电导率和氧传感性能，显著降低电阻率并提升其在气体传感中的应用潜力。
2025-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal and electrical cross-plane conductivity at the nanoscale in poly(3,4-ethylenedioxythiophene):trifuoromethanesulfonate thin films
研究了三氟甲磺酸盐（OTf）稳定的导电聚合物（聚（3，4-乙撑二氧噻吩），PEDOT）薄膜的跨平面电输运和热输运。我们探索其导电原子力显微镜（C-AFM），揭示了高导电纳米域的存在下，其电性能。用零点扫描热显微镜（NP-SThM）测量跨平面方向的热导率：PEDOT：OTf确实证明了电子对热传输的不可忽略的贡献。我们进一步研究了电导率和热导率之间的相关性，通过应用后处理：化学还原（去掺杂）的目的是降低载流子浓度，因此，电导率和酸处理（过度掺杂），以增加后者。从我们的测量中，我们发现振动热导率为0.34（+/- 0.04）Wm-1 K-1。从线性依赖性或电子贡献的热导率与电子电导率（Widemann-Franz定律），我们推断出一个洛伦兹数6倍以上的经典索末菲值也观察到在许多有机材料的面内热传输。应用最近提出的分子Widemann-Franz定律，我们推导出重组能为0.53（+/- 0.06）eV。
2022-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effects of thermal annealing on thermal conductivity of LPCVD silicon carbide thin films
该研究测量不同厚度与退火条件下的 LPCVD 碳化硅薄膜，结合 FTIR、XRD 和密度表征，揭示退火通过增大晶粒、降低孔隙率使近室温热导率提升 34%。
2023-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simultaneous Evaluation of Heat Capacity and In-plane Thermal Conductivity of Nanocrystalline Diamond Thin Films
随着宽带隙电子器件在尺寸减小和功率处理能力方面的持续进步，散热已经成为一个重要的问题。为了缓解这一问题，化学气相沉积（CVD）金刚石已被证明是通过直接生长到晶体管衬底上来对这些器件进行热管理的有效解决方案。功率和射频（RF）电子器件的一个关键方面涉及瞬态开关行为，这突出了在建模和预测器件瞬态响应时理解热容和热导率的温度依赖性的重要性。由于CVD金刚石与电子器件界面附近的微观结构复杂，很难同时测量这两种性能。在这项工作中，我们使用时域热反射（TDTR），同时测量面内热导率和热容的1 μ m厚的CVD金刚石膜，也使用泵作为一个有效的加热器进行温度相关的测量。结果表明，在302 ~ 327 K的温度范围内，金刚石的面内热导率变化不大，平均为103 W/m/K，而比热容在同一温度范围内具有很强的温度依赖性，与文献中天然金刚石的比热容数据相吻合。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Large spin Hall conductivity in epitaxial thin films of kagome antiferromagnet Mn$_3$Sn at room temperature
Mn $_3$ Sn是一种非共线反铁磁量子材料，具有磁性外尔半金属态，在高效存储器件方面具有巨大的潜力。使用Ru种子层在蓝宝石衬底上生长了高质量的外延$c$平面Mn $_3$ Sn薄膜。利用自旋泵浦诱导的反自旋霍尔效应测量了Mn $_3$ Sn/Ni $_{80}$ Fe $_{20}$平面外延薄膜的自旋扩散长度（$λ_{\rm Mn_3Sn}$）和自旋霍尔电导率（$σ_{\rm{SH}}$）：$λ_{\rm Mn_3Sn}=0.42\pm 0.04$ nm和$σ_{\rm{SH}}=-702~\hbar/ e~Ω^{-1}$ cm $^{-1}$。虽然$λ_{\rm Mn_3Sn}$与早期研究一致，但$σ_{\rm{SH}}$的数量级更高，符号相反。过量的Mn，这改变了我们的薄膜中的费米能级，导致观察到的行为的基础上解释的行为。我们的研究结果表明，工程$σ_{\rm{SH}}$的Mn $_3$ Sn膜的技术，采用Mn组合物的功能自旋电子器件。
2022-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Strain-mediated high conductivity in ultrathin antiferromagnetic metallic nitrides
应变工程提供了控制外延膜中的基态和相关相变的能力。然而，由于难以制备化学计量和高质量的薄膜，系统地研究过渡金属氮化物的本征特性及其应变依赖性仍然具有挑战性。在这里，我们报告的电子状态转变的观察高度结晶反铁磁CrN薄膜的应变和减少的维度。将膜厚度收缩到约30个晶胞的临界值，在CrN膜中观察到伴随着意想不到的体积膨胀的深刻的电导率降低。当CrN层薄至单个晶胞厚度时，令人惊讶地观察到导电性，这远低于大多数金属膜的临界厚度。我们发现，金属性的一个cnCrN膜恢复从绝缘行为后，通过制造的第一个独立的氮化物膜去除生长的应变。第一性原理计算和线性二向色性测量都表明，应变介导的轨道分裂有效地定制了费米能级处相对较小的带隙，导致了CrN的奇异相变。通过对竞争相进行应变控制来获得高导电性氮化物薄膜的能力可用于利用它们的特殊特性。
2020-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Three-Sensor 3ω-2ω Method for the Simultaneous Measurement of Thermal Conductivity and Thermal Boundary Resistance in Film-on-Substrate Heterostructures
由衬底和外延膜组成的固体异质结构广泛应用于先进技术中，其热物理性质从根本上决定了相应器件的性能、效率、可靠性和寿命。然而，真正适合于固体异质结构热物理性质测量的实验方法仍然缺乏。为此，提出了一种三传感器3ω-2ω方法，该方法可以在不需要任何参考样品的情况下，同时测量单个固体异质结构中薄膜和衬底的热导率以及薄膜-衬底边界热阻（TBR），显示出对薄膜厚度从100 nm到10 μm的各种异质结构的广泛适用性。在该方法中，在样品表面制作三个平行的不等宽不等间距的金属传感器，其中两个外侧的传感器用作加热器，中间的传感器用作探测器。测量两个加热器的3ω信号和检测器的2ω信号，然后在3D有限元模拟中拟合样品的热物理性质。为了验证这种方法，两个典型的宽带隙半导体异质结，即，用~2.3 μm GAN外延层测量了SiC上的GAN（#SiC）和Si上的GAN（#Si）。GAN薄膜的热导率，SiC和Si衬底的热导率，和GAN/衬底的TBR的推导，表现出良好的协议与文献中报道的值。该方法将为各种固体异质结构的热物理性质测量提供一个全面的解决方案。
2022-08-11 physics.app-ph physics.ins-det
Visualization of Mesoscopic Conductivity Fluctuations in Amorphous Semiconductor Thin-Film Transistors
本研究利用微波阻抗显微镜对a-IGZO薄膜晶体管进行千兆赫兹电导率成像，揭示了亚阈值区域约200 nm尺度的介观电导率涨落，并通过随机势垒模型模拟了势能景观，为微观理解非晶半导体电荷传输机制提供了直观方法。
2023-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
