基于分子動力學的氮化鋁熱導率的研究.pdf

1、近來，具有微小特征空間尺度和時間尺度的傳熱問題備受研究者的關注，微尺度傳熱的研究不僅有助于利用低維結(jié)構(gòu)來提高熱電制冷效率，而且可以為MEMS、計算機芯片等的結(jié)構(gòu)設計及熱優(yōu)化提供幫助。電介質(zhì)薄膜導熱特性嚴重影響著器件和系統(tǒng)的運行性能和可靠性，探求薄膜的熱導率和熱輸運規(guī)律，對于器件的熱管理和熱電藕合優(yōu)化設計具有重要意義。目前對于厚度為1～100nm之間的薄膜，熱導率的試驗測試非常的困難。在該尺度下，分子動力學(MD)模擬是有效的研究方法。本

2、文將用分子動力學模擬方法，對氮化鋁體材料及薄膜材料的熱導率進行深入的研究。 在納米尺度范圍內(nèi)，氮化鋁薄膜的熱導率的試驗值和數(shù)值模擬結(jié)果都很缺乏，為了保證結(jié)果的可靠性，本文采用先體材料后薄膜材料的逐步逼近的研究方法。首先，采用平衡分子動力學方法和周期性邊界條件模擬大體積氮化鋁材料的熱導率。在該平衡分子動力學模擬中，采用Stillinger-Weber勢函數(shù)和Green-Kubo線性響應理論來計算氮化鋁體材料的熱導率。然后采用非平衡

3、分子動力學方法及分別采用周期性邊界條件、固定邊界模型模擬納米尺度氮化鋁薄膜的熱導率。模擬結(jié)果和現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)吻合的較好，驗證了程序的可靠性，證明了分子動力學方法應用在模擬微納米尺度薄膜導熱方面的可行性。最后，在上述分子動力學模擬的基礎上，模擬了由于氧原子的存在引起的鋁空位(點缺陷)對氮化鋁材料熱導率的影響。 本文分別用平衡和非平衡分子動力學方法研究了氮化鋁材料的法向熱導率。結(jié)果表明：大體積材料的熱流在模擬的時間范圍內(nèi)能夠很快馳豫