微納結(jié)構(gòu)界面熱阻的建模和數(shù)值分析.pdf

1、本文旨在研究微納結(jié)構(gòu)中界面熱傳導(dǎo)的性質(zhì)。隨著納米結(jié)構(gòu)和納米器件（納米摻雜材料，超晶格結(jié)構(gòu)）的不斷發(fā)展，低微材料的特征尺寸已經(jīng)減小到納米級別。在這個(gè)尺度下，界面對于熱量在結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)會(huì)起到顯著作用。更加深刻的了解界面熱傳導(dǎo)性能將為設(shè)計(jì)和制造新的電子器件提供必要的理論基礎(chǔ)。本文采用晶格動(dòng)力學(xué)作為理論模型對不同失配情況的界面熱阻進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法模擬相同條件下界面熱阻。通過理論計(jì)算和模擬的比較研究了界面兩邊物質(zhì)失配對于界面

2、熱阻的影響。
　　 首先詳細(xì)介紹了用于理論計(jì)算的晶格動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用該方法計(jì)算了fcc晶格的聲子態(tài)密度，色散關(guān)系并和實(shí)驗(yàn)比較證明該模型的正確性。然后計(jì)算了不同條件下的界面熱導(dǎo)隨溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在低溫段，界面熱導(dǎo)將隨溫度的升高快速增加。當(dāng)溫度到達(dá)0.2倍的德拜溫度后變緩，并最終趨于平衡。比較得到當(dāng)界面兩邊物質(zhì)具有相同德拜溫度時(shí)，界面熱導(dǎo)最大。
　　 第三章給出了分子動(dòng)力學(xué)模擬方法的基本思想和模擬步驟。討論了采用分子動(dòng)力學(xué)方

3、法研究物質(zhì)熱導(dǎo)性能的方案和計(jì)算機(jī)編程步驟。
　　 第四章中建立了一個(gè)界面模型用來研究聲子在界面?zhèn)鬏數(shù)臋C(jī)理。提出了一個(gè)改進(jìn)的晶格動(dòng)力學(xué)模型來計(jì)算界面熱阻。該模型，不同于傳統(tǒng)的模型，同時(shí)考慮了聲子在界面會(huì)發(fā)生的鏡面散射和漫散射。然后采用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了相同情況下聲子在界面的輸運(yùn)。理論計(jì)算結(jié)果在低失配界面情況下和分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果獲得合理的吻合。但是在大失配界面情況下，如德拜比達(dá)到10時(shí)，理論計(jì)算的熱阻值將大大超過模擬結(jié)果