We measure the thermal interface conductance between thin aluminum films and silicon substrates via time-domain thermoreflectance from 100 to 300 K. The substrates are chemically etched prior to aluminum deposition, thereby offering a means of controlling interface roughness. We find that conductance can be systematically varied by manipulating roughness. In addition, transmission electron microscopy confirms the presence of a conformal oxide for all roughnesses, which is then taken into account via a thermal resistor network. This etching process provides a robust technique for tuning the efficiency of thermal transport while alleviating the need for laborious materials growth and/or processing.

1.
E.
Pop
,
S.
Sinha
, and
K. E.
Goodson
,
Proc. IEEE
94
,
1587
(
2006
).
2.
P. L.
Kapitza
,
Phys. Rev.
60
,
354
(
1941
).
3.
R. J.
Stoner
and
H. J.
Maris
,
Phys. Rev. B
48
,
16373
(
1993
).
4.
R. J.
Stevens
,
A. N.
Smith
, and
P. M.
Norris
,
J. Heat Transfer
127
,
315
(
2005
).
5.
R. J.
Stevens
,
L. V.
Zhigilei
, and
P. M.
Norris
,
Int. J. Heat Mass Transfer
50
,
3977
(
2007
).
6.
P. E.
Hopkins
,
P. M.
Norris
, and
R. J.
Stevens
,
J. Heat Transfer
130
,
022401
(
2008
).
7.
P. M.
Norris
and
P. E.
Hopkins
,
J. Heat Transfer
131
,
043207
(
2009
).
8.
M.
Hu
,
P.
Keblinski
, and
P. K.
Schelling
,
Phys. Rev. B
79
,
104305
(
2009
).
9.
K. C.
Collins
,
S.
Chen
, and
G.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
083102
(
2010
).
10.
Z.-Y.
Ong
and
E.
Pop
,
Phys. Rev. B
81
,
155408
(
2010
).
11.
Y.
Wang
and
P.
Keblinski
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
073112
(
2011
).
12.
J. C.
Duda
,
T. S.
English
,
E. S.
Piekos
,
W. A.
Soffa
,
L. V.
Zhigilei
, and
P. E.
Hopkins
,
Phys. Rev. B
84
,
193301
(
2011
).
13.
W.-P.
Hsieh
,
A. S.
Lyons
,
E.
Pop
,
P.
Keblinski
, and
D. G.
Cahill
,
Phys. Rev. B
84
,
184107
(
2011
).
14.
M.
Shen
,
W. J.
Evans
,
D.
Cahill
, and
P.
Keblinski
,
Phys. Rev. B
84
,
195432
(
2011
).
15.
P. E.
Hopkins
,
M.
Baraket
,
E. V.
Barnat
,
T. E.
Beechem
,
S. P.
Kearney
,
J. C.
Duda
,
J. T.
Robinson
, and
S. G.
Walton
,
Nano Lett.
12
,
590
(
2012
).
16.
R. M.
Costescu
,
M. A.
Wall
, and
D. G.
Cahill
,
Phys. Rev. B
67
,
054302
(
2003
).
17.
R.
Prasher
,
Phys. Rev. B
77
,
075424
(
2008
).
18.
J. C.
Duda
,
J. L.
Smoyer
,
P. M.
Norris
, and
P. E.
Hopkins
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
031912
(
2009
).
19.
P. E.
Hopkins
,
T.
Beechem
,
J. C.
Duda
,
K.
Hattar
,
J. F.
Ihlefeld
,
M. A.
Rodriguez
, and
E. S.
Piekos
,
Phys. Rev. B
84
,
125408
(
2011
).
20.
J.
Hirotani
,
T.
Ikuta
,
T.
Nishiyama
, and
K.
Takahashi
,
Nanotechnology
22
,
315702
(
2011
).
21.
J. C.
Duda
,
W. A.
Soffa
,
R. E.
Jones
,
C. J.
Kimmer
, and
P. E.
Hopkins
, “Influence of Crystallographic Orientation and Anisotropy on Kapitza Conductance” (unpublished).
22.
P. E.
Hopkins
,
P. M.
Norris
,
R. J.
Stevens
,
T. E.
Beechem
, and
S.
Graham
,
J. Heat Transfer
130
,
062402
(
2008
).
23.
Y.
Xu
,
R.
Kato
, and
M.
Goto
,
J. Appl. Phys.
108
,
104317
(
2010
).
24.
P. E.
Hopkins
,
J. C.
Duda
,
S. P.
Clark
,
C. P.
Hains
,
T. J.
Rotter
,
L. M.
Phinney
, and
G.
Balakrishnan
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
161913
(
2011
).
25.
P. E.
Hopkins
,
J. C.
Duda
,
C. W.
Petz
, and
J. A.
Floro
,
Phys. Rev. B
84
,
035438
(
2011
).
26.
P. E.
Hopkins
,
L. M.
Phinney
,
J. R.
Serrano
, and
T. E.
Beechem
,
Phys. Rev. B
82
,
085307
(
2010
).
27.
H.
Zhao
and
J. B.
Freund
,
J. Appl. Phys.
105
,
013515
(
2009
).
28.
T. S.
English
,
J. C.
Duda
,
J. L.
Smoyer
,
D. A.
Jordan
,
P. M.
Norris
, and
L. V.
Zhigilei
,
Phys. Rev. B
85
,
035438
(
2012
).
29.
G.
Pernot
,
M.
Stoffel
,
I.
Savic
,
F.
Pezzoli
,
P.
Chen
,
G.
Savelli
,
A.
Jacquot
,
J.
Schumann
,
U.
Denker
,
I.
Mönch
 et al,
Nature Mater.
9
,
491
(
2010
).
30.
D. G.
Cahill
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
5119
(
2004
).
31.
D. G.
Cahill
,
K.
Goodson
, and
A.
Majumdar
,
J. Heat Transfer
124
,
223
(
2002
).
32.
P. E.
Hopkins
,
J. R.
Serrano
,
L. M.
Phinney
,
S. P.
Kearney
,
T. W.
Grasser
, and
C. T.
Harris
,
J. Heat Transfer
132
,
081302
(
2010
).
33.
A. J.
Schmidt
,
X.
Chen
, and
G.
Chen
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
114902
(
2008
).
34.
H. S.
Carslaw
and
J. C.
Jaeger
,
Conduction of Heat in Solids
, 2nd ed. (
Clarendon
,
Oxford
,
1959
).
35.
C. Y.
Ho
,
R. W.
Powell
, and
P. E.
Liley
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
1
,
279
(
1972
).
36.
C.
Thomsen
,
J.
Strait
,
Z.
Vardeny
,
H. J.
Maris
,
J.
Tauc
, and
J. J.
Hauser
,
Phys. Rev. Lett.
53
,
989
(
1984
).
37.
C.
Thomsen
,
H. T.
Grahn
,
H. J.
Maris
, and
J.
Tauc
,
Phys. Rev. B
34
,
4129
(
1986
).
38.
A. J.
Minnich
,
J. A.
Johnson
,
A. J.
Schmidt
,
K.
Esfarjani
,
M. S.
Dresselhaus
,
K. A.
Nelson
, and
G.
Chen
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
095901
(
2011
).
39.
E. T.
Swartz
and
R. O.
Pohl
,
Rev. Mod. Phys.
61
,
605
(
1989
).
40.
J. C.
Duda
,
T. E.
Beechem
,
J. L.
Smoyer
,
P. M.
Norris
, and
P. E.
Hopkins
,
J. Appl. Phys.
108
,
073515
(
2010
).
41.
G.
Gilat
and
R. M.
Nicklow
,
Phys. Rev.
143
,
487
(
1966
).
42.
43.
D. G.
Cahill
,
A.
Bullen
, and
S.-M.
Lee
,
High Temp.-High Press.
32
,
135
(
2000
).
You do not currently have access to this content.