焼なまし温度がホットプレス銅/Crコーティングダイヤモンド複合材料の界面構造および熱伝導率に及ぼす影響

半導体デバイスにおいて効率的な熱放散は極めて重要ですが、従来の熱管理材料は熱伝導率が不十分であることや半導体材料との熱膨張係数の不一致のため、実際の要求を満たせないことが多いです。本研究では、磁気スパッタリングと焼なましを統合した相乗効果のあるプロセスを開発し、ダイヤモンド表面に組成制御可能なCr/Cr3C2複合インター層を作製しました。焼なまし温度を700〜1100°Cに調整することで、Cr/Cr3C2複合インター層の厚さ（約200〜800 nmの範囲）、Cr/Cr3C2割合、表面粗さ（33.3〜61.6 nmの範囲）の3つの主要パラメータを制御可能です。本研究では、900°Cで2時間焼なまししたサンプルが最高のコーティング均一性を示し、炭化物被覆率は98％を超え、明確な多孔性は認められませんでした。この最適化された焼なましプロセスにより、堅牢な被覆、中程度の厚さ（約300 nm）、低表面粗さ（Ra = 33.3 nm）を持つインター層が得られ、界面結合性と熱伝達性能が著しく向上しました。結果として得られた複合材料の最大熱伝導率は605.27 W·m−1·K−1であり、被覆なしサンプルの実測値の211％に相当します。拡散不一致モデルと実験の統合解析により、この向上はフォノンスペクトルの整合性改善と界面付着エネルギーの増加に起因すると示されました。本研究は、高熱伝導性ダイヤモンド/銅複合材料の精密な界面設計に向けたプロセス指針を提供します。