美国的研究人员表示，多晶金刚石沉积工艺的发展，推动了β-Ga2O3电子器件的设备级热管理研究向前迈出重要的一步。氧化镓（Ga2O3）材料具有质量高、成本低的优势，但是Ga2O3的导热系数相对较低。管理是高功率器件的关键考虑因素，近年来导热金刚石层已成为研究热点。
斯坦福大学、宾夕法尼亚州立大学、治亚理工学院和加利福尼亚大学戴维斯分校的研究小组使用了日本双日机械公司的（-201）β-Ga2O3衬底，衬底为锡掺杂，使用直径5-10nm的金刚石纳米颗粒，悬浮在去离子水和二甲基亚砜（DMSO）中。胶态分散体具有各种ZETA电位，既有正电也有负电。研究人员尝试了三种播种过程：超声处理、滴入和聚合物辅助。
金刚石的主要生长是通过微波等离子体化学气相沉积（CVD），碳源是甲烷（CH4），生长温度为500℃-700℃。研究人员发现，超声波种子不能用于后续的CVD工艺，因为种子沉积会产生裸露的Ga2O3斑块，而该部分会被CVD反应室中的氢等离子体分解，这会造成不连续的金刚石层。
滴播使用了用DMSO稀释的纳米颗粒悬浮液。这使得可以通过CVD生长连续的金刚石层。但是，厚的籽晶层形成了不均匀的CVD金刚石层。此外，如果厚度大于200nm，则金刚石倾向于分层。这归因于Ga2O3和金刚石之间较大的热膨胀系数（CTE）不匹配。
聚合物辅助晶种包括预先用聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDAC）覆盖Ga2O3表面。这产生了负电位表面，该表面吸引了具有正zeta电位的金刚石纳米颗粒。所得种子层由密度大于1012 / cm2的纳米颗粒单层组成。
研究发现具有单个聚合物辅助晶种层的CVD生长覆盖率不足，无法保护Ga2O3免受氢等离子体的攻击。修改方法后，得到了三个纳米粒子单层，但是CVD金刚石依然不均匀。最后，研究人员通过等离子增强CVD在Ga2O3上施加了一层薄薄的二氧化硅（SiO2）层。SiO 2在氢等离子体下比Ga 2 O 3易于分解。这允许使用聚合物辅助纳米颗粒的单层作为种子。
最终所得的金刚石薄膜均匀性很出色。层厚度为19nm SiO2和260nm金刚石。在100nm SiO2上生长的金刚石层达到930nm的厚度-平均晶粒尺寸为?400nm。较薄的薄膜的晶粒尺寸为?130nm。
该团队表示，添加介电层可防止基材腐蚀，并改善金刚石在表面上的附着力。而且，由于通过降低金刚石和介电层之间的CTE不匹配，减少了金刚石膜的残余应力，因此可以实现更厚的金刚石生长。
时域和频域热反射率（TDTR和FDTR）用于表征热导率和边界电阻。热反射包括检测由脉冲激光辐射产生的声波，分析所得的响应以提取材料结构的热性能。例如，TDTR研究使用82nm的金层作为1.2MHz激光脉冲和声波之间的换能器，以提取热导率。使用TDTR热导率作为输入的一部分，在10kHz-20MHz范围内的FDTR能够导出边界电阻。发现这些FDTR抗性比仅使用TDTR得出的估计值更为精确。
估计?260nm金刚石薄膜的方向平均导热率约为?110W / m-K，使用TDTR和FDTR导出热边界电阻（TBR），SiO2层约占30m2K / GW热边界电阻的四分之三。研究人员补充说：“TBR的其余部分主要源自金刚石成核区域缺陷和界面粗糙度。”
