半导体纳米材料是航天器的星载微电子、微机械系统以及温差发电器的重要部件。为了实现微电子机械系统的热设计和热管理,必须全面了解和掌握半导体纳米材料的热输运性质和热物性参数。目前对于厚度小于1mμ的材料,其传热规律与宏观材料存在明显区别,由于试样制备以及试验条件存在多种困难通过实验技术直接测量热导率一般难以实施。在这种情况下,分子动力学模拟成为研究材料内部存在的非常规传热现象的最有力工具。　　选取Stillinger-Weber两体-三体作用势函数描述Si和Ge单晶薄膜的粒子间相互作用。首先采用平衡态分子动力学模拟方法(EMD)研究了Si和Ge体态材料的热传导性能,模拟结果当温度的升高时,热导率大幅度减小,与已有理论和实验数据相吻合。利用非平衡态分子动力学模拟方法(NEMD)构造了适合于单晶纳米薄膜的稳态热传导模型,并考虑局域温度量子修正后对温度在300K～600K之间厚度为2nm～20nm的单晶薄膜垂直于薄膜平面方向的热导率进行模拟。计算结果表明:单晶薄膜热导率明显小于其体态材料;在模拟范围内,薄膜热导率与其厚度近似呈线性关系,薄膜厚度增大时,热导率也随之增大; Si单晶薄膜热导率随着温度的升高略有降低,而Ge单晶薄膜热导率温度的变化对其没有明显影响。声子平均自由程的减小是单晶薄膜热物性存在明显尺寸效应和温度效应的主要原因。　　在对完好单晶薄膜热导率研究的基础上，采用NEMD方法分析了空位结构缺陷对Si和Ge单晶薄膜热物性的影响。结果表明空位缺陷使其周围的晶格发生应变,引起声子在缺陷处的强烈散射,导致热导率随空位浓度的增加大幅度下降。为验证MD模拟结果的准确性,采用基于Boltzmann输运理论的Callway模型从理论上对空位缺陷浓度与热导率的依赖关系进行评估。理论预测证实了MD模拟得到热导率随空位缺陷浓度的变化规律,表明MD模拟技术在研究微尺度传热方面的重要价值。　　通过NEMD模拟方法研究了SiGe合金低维结构中Ge粒子浓度对其热导率的影响。当其百分浓度小于0.375时,合金热导率随着浓度的增加而降低;当百分浓度大于0.375时,合金热导率随浓度的增加而升高,该结论与利用Callway模型得到的理论结果相一致。通过比较SiGe合金纳米化前后热电优值ZT的变化情况,证明材料纳米化是进一步优化和提高其热电性能的有效途径。　　最后采用NEMD模拟方法研究了Si/Ge超晶格结构在微尺度下的传热性能。使用可以对键序进行修正的Tersoff二体-三体相互作用势模型描述超晶格结构中Si粒子与Ge粒子的相互作用。重点分析了各个界面处温度的突变情况,并且分别采用晶格动力学理论以及NEMD模拟得到了最靠近高温热浴界面处的热阻阻值并分析其影响因素。由于在MD模拟过程中考虑了界面处的几何形变,因而得到的结果比理论结果偏小。最后对Si/Ge超晶格结构热导率的NEMD模拟结果显示:相同条件下,热导率随着周期长度和周期数的增加而增大;随温度的升高先增大然后减小;同时热流方向对热导率的结果也有重大影响。