在当今高功率电子器件飞速发展的背景下，散热问题已成为制约器件性能与可靠性的关键因素。宽带隙半导体器件中的自热效应使得金刚石衬底上的外延 Ga₂O₃ 对于热管理至关重要。然而，缺乏晶圆级单晶金刚石和严重的晶格失配限制了其工业应用。氧化镓（Ga₂O₃）虽然具备优异的电学性能，但其热导率较低，导致在高功率应用中容易因热量积聚而失效，存在显著的挑战。
在多晶金刚石衬底上外延生长了范德华β相氧化镓薄膜（VdW-β-Ga₂O₃），不仅实现了高热导率衬底与高性能半导体材料的理想结合，还显著提升了器件的热管理能力与光电性能。
作为一种宽带隙半导体，β相 Ga₂O₃（氧化镓）由于其出色的特性：高击穿场强和巴利加优值、低能量损耗、优异的抗辐射性、热稳定性和化学稳定性，β-Ga₂O₃ 在高压、高功率电子器件领域展现出巨大的应用潜力。
尽管 Ga₂O₃ 具有显著的性能优势，但它也存在相当大的缺点——极低的热导率，约为 10–30 W m⁻¹ K⁻¹，仅为金刚石的六分之一。这一不足导致器件在高功率运行时热量急剧堆积，引发严重的性能衰减与可靠性危机，极大地阻碍了Ga₂O₃ 高功率潜力的充分利用。热管理已成为制约 Ga₂O₃ 功率器件发展和广泛应用的主要技术瓶颈之一。为解决这一散热难题，具有超高热导率的金刚石，已逐渐成为 Ga₂O₃器件的首选散热材料。
针对Ga₂O₃功率器件的散热难题，引入了范德华 β-Ga₂O₃ (VdW-β-Ga₂O₃) 的创新概念。
使用二维材料作为晶格屏蔽层：实现材料与衬底之间界面耦合的灵活控制。
采用雾式化学气相沉积法：在多晶金刚石衬底上外延生长了高度取向、纯相的 VdW-β-Ga₂O₃ 薄膜，降低了能源成本，
使用廉价、安全的前驱体：有效规避了传统外延的晶格失配问题和键合技术的界面问题。
为制备高性能、高可靠性的Ga₂O₃ - 金刚石复合功率器件开辟一条充满前景的新路径。
通过变温拉曼光谱分析了不同衬底上β-Ga₂O₃的声子行为：在金刚石上生长的薄膜由于热膨胀系数差异大，表现出显著的拉曼峰红移（Δω/ΔT ≈ -0.05 cm⁻¹/K）和较强应力，而石墨烯插层有效缓解了该应力。热导率与界面热阻测量显示，直接生长在金刚石上的样品具有最低热边界电阻（2.82 m²·K/GW）和最高Ga₂O₃热导率（7.19 W/m·K）。基于该外延薄膜制备的光电探测器表现出优异性能：光暗电流比达10⁶量级，响应度为210 A/W，证验证了VdW-β-Ga₂O₃在光电器件中的应用潜力与高质量结晶特性。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
