同位素掺杂硅声子散射的研究方法探讨

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要掺杂点缺陷对声子的散射是影响电绝缘体热导率的重要机制之一，其中声子频率和掺杂点缺陷浓度是影响声子散射的重要因素。本论文主要研究声子频率和掺杂点缺陷浓度对同位素掺杂硅声子散射的影响。首先产生一个窄频率范围的声子波包，建立分子动力学模型，确定相关模拟参数，然后使用分子动力学(MD)在原子尺度下清晰地展示了掺杂点缺陷对声子的散射过程，并对能量的透射率和反射率进行分析。将模拟结果和已发表的理论结果相比较，在1，4，8个同位素掺杂缺陷下，在共振区域内用改进的R．O．Pohl公式成功的拟合了MD结果，并确定拟合参数。通过对纵向声子(LA)模式和横向声子(Ta)模式的研究表明，

2、在低掺杂浓度下，在低于共振区域频率范围，声子总能量主要由LA模式的声子能量构成，而在共振区域及更高频率范围，TA模式声子能量对总能量的贡献不能忽略，并且随着掺杂浓度和声子频率的升高，TA模式声子能量所占总能量比例也相应的变化。对取样频率点3．53THz及3．68THz的模拟结果表明，独立散射模型仅适用于较低掺杂点缺陷浓度，随着掺杂浓度的增加，各掺杂原子的散射相互影响的相干性增强，基于独立散射模型的计算结果与MD结果相偏离。同时对较高掺杂浓度下的声子透射率作出一些推测，部分推测已得到其他研究者工作的证实。最后简单介绍了同位素掺杂声子散射经典理论，并分析了经典理论对不同条件下MD模拟的适应性。这

3、些结果会对在较宽频率和较大掺杂浓度下构造声子热传导公式有帮助，同时有利于开展下一步工作。关键词：同位素掺杂硅；声子散射；分子动力学；共振区域同位素掺杂硅声子散射的研究方法探讨Investigationonmethodofphononscatteringinisotope—dopedSiAbstractPhononscatteringfrompointdefectisoneofkeymechanismofaffectingthethermaltransferforelectronicinsulators，inwhichthephononfrequencyandtheisotope—dopedc

4、oncentrationsaresignificantfactors．111ispaperfocusesonthephononfrequencyeffectandtheisotope—dopedconcentrateseffectonthephononscatteringinisotope—dopedSi．Theeffectofphononfrequencyandisotope—dopedconcentratesisdescribedquantitativelybygeneratingthephononwavepacketwithwell—definedfrequencyanddetermi

5、ningrelatedparametersandbuildingMDmodel，andthenperformingtheMDsimulation，andanalyzingtherelativeamountsofenergytransmittedfromdefectfield．Theprocedureofphononscatteringfromdopedfieldisexplicitlydisplayedinatomicscale．IntheregionofresonancefrequencytheMDresultsarewellfittedbytheimprovedR。O。Pohl’Sequ

6、ationforthesystemwithsingledefect，4defectsand8defectsrespectively．Underlowisotope·dopedconcentrations，thestudiesonLAand1Aphononsindicatethat，thetotalenergiesaremainlyconstitutedbyLAphononsinthelowerfrequencyregionthantheresonantfrequency．Butintheresonanceregionandhigherfrequencyregion,theenergypres

7、entingbyTAphononschangedwiththephononfrequencyandtheisotope-dopedconcentrationsCannotbeneglected．TheMDresultsin3．53THzandin3．68THzindicatethat，theindependentscatteringmodelonlyfitsinlowerisotope-dopedconcen