为了提高GaN基高功率LED芯片的光提取效率，通常在衬底和GaN外延层之间或衬底底部添加金属反射层，如Ag、Cu、Au和Ni。Jin等人[1]发现，在蓝宝石衬底底部添加反射层并适当控制其厚度可以有效提高LED的光输出效率。Lee等人的研究[2]表明，与没有金属反射层的GaN基LED相比，添加金属反射层后光输出效率提高了160%。此外，金属层还可以改善GaN外延层与衬底之间的电学和机械性能[3,4]。总之，金属/衬底异质结构是GaN基高功率LED芯片的关键组成部分。
然而，随着GaN基高功率LED芯片向更高功率和更小尺寸的发展，其热流密度持续增加，导致芯片温度持续上升。研究表明，光电芯片故障的主要原因包括高温、湿度、振动和灰尘，其中超过50%的芯片故障归因于高温[5]。此外，温度的升高会显著降低半导体器件的可靠性和寿命。研究表明，温度每升高10°C，电子芯片的寿命就会减少50%[6]。因此，为了最大化GaN基高功率LED芯片的光电性能并提高其可靠性和寿命，有效的热管理至关重要[7,8]。在GaN基高功率LED芯片中，金属反射层与衬底之间的显著晶格失配和热膨胀失配会导致金属/衬底异质界面处较大的界面热阻（ITR），严重影响芯片的散热[9,10]。因此，降低这种异质界面的ITR至关重要。由于Cu和SiC常被用作GaN基高功率LED芯片中的金属反射层和衬底，本研究重点关注Cu/SiC异质结构，探索调节ITR的有效方法。
目前，将中间层引入异质结构是显著降低ITR的关键方法之一。Cui等人[11]在Cu/金刚石异质结构中引入了碳化硼（B4C）中间层。通过控制B4C层的厚度并优化界面粗糙度，界面热导率（ITC）达到了286.52 MW/m2·K，比没有B4C中间层时高出14.1倍。Li等人[12]在金/氧化铝异质结构中添加了20纳米厚的镍中间层，将ITR从4.8 × 10−8 m2K/W降低到1.4 × 10−8 m2K/W，降低了70%。Zhang等人[13]通过离子束轰击和酸处理在Cu/金刚石异质界面处插入了非晶碳（a-C）中间层。使用时域热反射率测量，含有4.5纳米厚氧化a-C中间层的异质结构的ITC为58.0 MW/m2·K，比未经处理的界面提高了35%。此外，分子动力学模拟表明，ITC的提高得益于a-C层促进了Cu和金刚石之间的声子振动匹配。Sun等人[14]在金刚石表面引入了a-C层，并进一步构建了Cu/a-金刚石/金刚石异质结构。分子动力学模拟表明，ITC高达80 MW/m2·K，是无非晶层的异质结构的四倍。此外，优化非晶层的无序程度和厚度可以有效调节ITC。具体来说，在9000 K的热处理温度下，随着非晶层厚度从0纳米增加到1.5纳米，ITC增加；当厚度进一步增加到4.5纳米时，ITC降低。这种趋势的原因在于：对于薄的非晶层（1.5纳米或更少），引入非晶层可以改善Cu和金刚石之间的振动耦合，从而提高ITC；当厚度超过某个阈值（>1.5纳米）时，非晶层内的原子排列无序增加，产生更多的声子散射中心，从而降低ITC。值得注意的是，尽管随着非晶层厚度的进一步增加ITC降低，但在研究范围内（1.5纳米–4.5纳米），4.5纳米非晶层对应的模型的ITC仍然高于0纳米非晶中间层对应的模型。总之，插入中间层可以显著提高金属/半导体异质结构的ITC。鉴于Cu/SiC异质结构在GaN基高功率LED芯片中的普遍存在，以及芯片级热管理的迫切需求，以及芯片内部微纳尺度上不可忽视的ITR，本研究旨在通过引入和调节a-C结构来提高Cu/SiC异质界面的ITC。为了更真实地反映界面热传递条件，本研究重点关注芯片制造过程的模拟再现。目前，尚无相关报告。
本文使用非平衡分子动力学、模拟磁控溅射、真空退火和激光冲击等方法，系统研究了非晶碳中间层的厚度和激光冲击持续时间对其在Cu/a-C/3C-SiC异质界面上的ITC的影响。此外，通过多种表征方法（如声子态密度（PDOS）、PDOS的面积重叠因子、材料密度、均方根（RMS）粗糙度、有效接触面积、中间层范德华（vdW）相互作用和界面温度），深入揭示了Cu/a-C/3C-SiC异质界面处的界面热传递调节机制。这项工作对功率芯片的热设计具有重要意义。
