【摘 要】
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本文旨在研究微纳结构中界面热传导的性质。随着纳米结构和纳米器件(纳米掺杂材料,超晶格结构)的不断发展,低微材料的特征尺寸已经减小到纳米级别。在这个尺度下,界面对于热量在结
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本文旨在研究微纳结构中界面热传导的性质。随着纳米结构和纳米器件(纳米掺杂材料,超晶格结构)的不断发展,低微材料的特征尺寸已经减小到纳米级别。在这个尺度下,界面对于热量在结构中的传导会起到显著作用。更加深刻的了解界面热传导性能将为设计和制造新的电子器件提供必要的理论基础。本文采用晶格动力学作为理论模型对不同失配情况的界面热阻进行了计算,同时运用分子动力学模拟方法模拟相同条件下界面热阻。通过理论计算和模拟的比较研究了界面两边物质失配对于界面热阻的影响。
首先详细介绍了用于理论计算的晶格动力学模型。运用该方法计算了fcc晶格的声子态密度,色散关系并和实验比较证明该模型的正确性。然后计算了不同条件下的界面热导随温度的关系,发现在低温段,界面热导将随温度的升高快速增加。当温度到达0.2倍的德拜温度后变缓,并最终趋于平衡。比较得到当界面两边物质具有相同德拜温度时,界面热导最大。
第三章给出了分子动力学模拟方法的基本思想和模拟步骤。讨论了采用分子动力学方法研究物质热导性能的方案和计算机编程步骤。
第四章中建立了一个界面模型用来研究声子在界面传输的机理。提出了一个改进的晶格动力学模型来计算界面热阻。该模型,不同于传统的模型,同时考虑了声子在界面会发生的镜面散射和漫散射。然后采用非平衡态分子动力学方法模拟了相同情况下声子在界面的输运。理论计算结果在低失配界面情况下和分子动力学模拟结果获得合理的吻合。但是在大失配界面情况下,如德拜比达到10时,理论计算的热阻值将大大超过模拟结果。这一现象意味着在大失配界面上,声子可能发生了非弹性声子散射作用。这一作用将有助于声子穿透界面,从而减小热阻,但理论模型还没有考虑这个效应。
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