固體薄膜導熱系數(shù)的分子動力學研究.pdf

1、隨著物理氣相沉積、化學氣相沉積、液相外延、分子束外延、激光切割等技術的日益成熟,固體薄膜材料作為簡單的納米二維結構,已經在大規(guī)模集成電路以及微機電器件中得到廣泛應用。因此,固體薄膜材料熱學性質的研究對于保障器件工作的高效性以及穩(wěn)定性有著極其重要的意義。
　　 本文以硅晶體為研究材料,采用平衡態(tài)分子動力學模擬與理論計算相結合的方法,探討了傳統(tǒng)量子化修正方案的可靠性。研究表明,傳統(tǒng)量子化修正方法中根據(jù)熱流相等的假設進行的導熱系數(shù)修正

2、在低溫區(qū)域可能不再適用。在此基礎上,提出了新的導熱系數(shù)量子化修正方法。使用該方法修正后,模擬得到不同成分組成的體態(tài)硅的導熱系數(shù)在200～1000K溫度范圍內與Holland理論模型預測值和實驗值均吻合較好。同時,采用非平衡態(tài)分子動力學模擬研究了硅／鍺薄膜的界面導熱性能。研究表明,在400～900K溫度范圍內,界面處出現(xiàn)一定厚度的原子互滲區(qū)域有助于降低硅／鍺薄膜直接接觸時的失配度,從而提高系統(tǒng)的導熱系數(shù)；溫度為400K時,當互滲厚度大于2

3、個元胞時,由于硅鍺互滲形成的合金層導熱性能明顯小于硅／鍺薄膜,系統(tǒng)的導熱系數(shù)出現(xiàn)下降的趨勢。以硅基底上的石墨烯納米帶為研究對象,探討了受限石墨烯納米帶的導熱性能。結果表明,由于接觸區(qū)域分子間的相互作用,石墨烯納米帶中的一部分熱流會沿著接觸界面的法向向硅基底中滲透；基底材料對石墨烯納米帶的作用力會限制石墨烯納米帶中熱流傳播方向上聲子的振動,從而導致石墨烯納米帶的導熱系數(shù)減小。此外,石墨烯納米帶的導熱系數(shù)對基底的表面狀態(tài)非常敏感,當基底表面