随着电子信息技术和微纳制造技术的飞速发展,电子元器件的特征尺寸减少至微纳米量级,电子元器件的高集成化和高功率化使得散热问题成为制约电子器件发展的主要瓶颈,因此开发高性能的热管理材料成为电子信息产业发展的重要推动力。金刚石颗粒增强铜基（铜/金刚石）复合材料由于其优异的热物理性能、良好的力学性能和相对低的密度等特点,是新一代热管理材料的研究热点,然而铜和金刚石之间较大的声学错配和较弱的结合力限制了铜/金刚石复合材料导热性能的提升。此外,金刚石薄膜已应用于小尺寸、高能量密度电子器件的散热,金刚石和金属及半导体材料之间的界面热传输受到广泛关注。因此,提高铜和金刚石的界面热导不仅有助于开发高导热的铜/金刚石复合材料作为高性能热管理材料,而且有助于提升高能量密度电子器件的散热效率。本文以铜/金刚石复合材料常用的界面改性元素W为研究对象,通过磁控溅射和热处理在铜和金刚石之间引入不同微观结构的金属钨或碳化钨中间层。利用俄歇电子能谱、X射线光电子能谱、聚焦离子束和透射电镜等手段表征界面结构,使用纳米划痕技术测试界面结合力,使用飞秒激光抽运探测技术测试界面热导,并结合散射失配模型和分子动力学模拟研究碳化钨在铜/金刚石界面热传输中的作用机理,建立界面热导和界面结合力、界面声学错配及界面结构的关系。通过氩离子刻蚀、氩氧混合离子刻蚀和酸处理在铜和金刚石之间引入非晶层、含氧非晶层或C-O键,研究界面结合力和界面声学错配对铜/金刚石界面热导的影响机制。研究结果表明,sp2键可以提高铜/金刚石界面结合力,而C-O键则降低铜/金刚石界面结合力。随着界面结合力的提高,界面热导增加。通过离子刻蚀在铜和金刚石界面处引入非晶碳层,界面热导可以提高35%,非晶碳层与铜的声学性能更接近,在铜与金刚石之间起到声学桥梁的作用,为铜与金刚石之间热传输提供了更多的导热通道。对于界面声学错配度较高的铜/金刚石体系,界面处的声学桥接作用对于提高界面热导更为重要。利用磁控溅射在金刚石基底上沉积190 nm厚的金属W薄膜,通过热处理在铜和金刚石之间形成不同微观结构的金属钨和碳化钨中间层,研究连续和不连续中间层对铜/金刚石界面热导的影响规律。结果表明:在金属W的碳化过程中,先是少量的W2C晶粒在金刚石表面择优形核并贯穿整个金属W薄膜,继续延长热处理时间则全部转化为W2C,由于碳原子在W或者W2C中的扩散速度较慢,金刚石表面溶解的自由碳原子在W/金刚石和W2C/金刚石界面处聚集形成一层非晶碳层。由于W2C的声子态密度谱与铜和金刚石重叠较好,W2C可以减少铜和金刚石之间的声学不匹配程度。由于W转变为W2C后热导率降低,具有不连续中间层的铜/W-W2C/金刚石结构的界面热导介于具有连续中间层的铜/W/金刚石和铜/W2C/金刚石结构之间。利用磁控溅射在金刚石基底上沉积190 nm厚的碳化钨薄膜,通过热处理获得铜/a-WC/金刚石、铜/W2C/金刚石、铜/c-WC/金刚石和铜/W2C（WC）/金刚石结构（a-WC为非晶WC,c-WC为晶态WC）,研究中间层物相结构对铜/金刚石界面热导的影响规律。结果表明,非晶碳化钨较低的热导率增加中间层的热阻,降低铜/a-WC/金刚石结构的界面热导;WC和W2C共存的中间层增加声子散射,不利于界面热传输;WC/金刚石和Cu/WC界面处的非晶碳层降低铜/c-WC/金刚石结构的界面热导;而具有理想界面的铜/W2C/金刚石结构的界面热导最高,为40 MW/m2K。利用磁控溅射在金刚石基底上沉积厚度为5～190 nm的W薄膜和厚度为3～190 nm的WC薄膜,研究中间层厚度对铜/中间层/金刚石界面热导的影响规律。结果表明,随中间层厚度的降低,铜/W/金刚石、铜/a-WC/金刚石和铜/c-WC/金刚石结构的界面热导均增加,引入5 nm厚金属W、3 nm厚a-WC和3 nm厚c-WC,铜/金刚石界面热导分别提高150%、326%和190%。磁控溅射沉积的金属W薄膜、非晶WC和晶态WC的热导率分别为11.6 W/mK、2.5 W/mK和8.0 W/mK,非晶WC较低的热导率是铜/a-WC/金刚石结构界面热导随着中间层厚度增加而迅速降低的主要原因。非弹性声子散射在铜/中间层/金刚石结构的界面热传输中扮演着重要角色,而且界面声学错配越大,非弹性声子散射对界面热传输的贡献越大。本文阐明了界面结合力和界面声学错配对铜/金刚石界面热导的影响规律及作用机制,发现碳化钨中间层可以改善铜和金刚石之间的声学不匹配程度,明确了铜/中间层/金刚石结构的界面热导取决于中间层结构、中间层厚度和中间层声学性能。研究结果有助于理解铜/中间层/金刚石多层结构的界面导热机制,为提高铜/金刚石的界面热导奠定了理论基础,并为高热导率铜/金刚石复合材料的界面设计提供了科学依据。