纳米薄膜热物性的理论与实验研究

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1、东南大学硕士学位论文纳米薄膜热物性的理论与实验研究姓名：吴勇华申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：庄苹;陈云飞20040301东南大学硕士论文摘要纳米薄膜热物性的理论与实验研究机械设计及理论吴勇华指导老师庄苹副教授陈云1毛教授厚度为微米、纳米量级固体薄膜是集成芯片、量子阱激光器、微机电系统的重要组件。薄膜导热特性影响着器件和系统的运行性能和可靠性，因此分析固体薄膜的热传导性能对于器件的设计和稳定运行具有重要意义。本文阐述了材料微型化的进程，结合应用实例介绍了热电制冷原理，对微尺度传热的研究现状进行了分类和概括。讨论了分子动力学模拟方法的基本原理和详细步骤，对各种分子动力

2、学方法的分类和运用场合进行了说明。在此基础上，采用平衡态分子动力学方法模拟热膨胀和杂质对固体氩热传导性能的影响。模拟结果显示，温度在20～80K之间，考虑热膨胀时的导热系数比品格常数固定时的值要低，但随温度变化的关系更加接近实验值时的情况；比较固体氩中不同掺杂时导热系数大小，发现同样掺杂浓度条件下，掺空穴时材料导热系数比掺氪时低，说明掺杂时由于晶格不匹配引起的声子散射比不同质跫引起的散射更重要。同时采用公式kzT”对模拟值和实验值进行了曲线拟台。论文还采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格薄膜的热传导性能。模拟结果显示，周期长度闻定的超晶格薄膜，界面热阻在总热阻中的比例、导热系数同

3、周期数无关；当超品格薄膜的膜厚不变时，导热系数将随着周期长度的增加而增大，同时周期长度的增加，平均界面热阻随着增大。最后，介纲了3co方法的原理和实验过程，对si02薄膜的导热系数进行了测量，并给出了一些实验结果。关键词：薄膜热传导分子动力学模拟导热系数3co方法东南大学硕士论文ABSTRACTTheoreticalandExperimentalResearchonThermophysicalPropertiesofNanoscaleThinFihnsWUYonghuaThinfilmswiththicknessinmicroscaieandnanoscaleareimportan

4、tsubassembliesintheapplicationareassuchasintegrated-circuittransinstors，quantum—welllasersandmicroelectromechanicalsystems．Sincetheperformanceandreliabilityofthedevicesarestronglydependentontheheatconductioninthinfilms，exploringthinfilmthermalconductivityisofgreatsignificanceforthedesignofthes

5、edevices．Thispaperelucidatestheprocessofthematerialmicromation，thetheoryofthermoelectricitycooling，andtherecentresearchofmicro-scalethermaltransport；discussesthebasictheory,detailedstepsofmoleculardynamicssimulation，theclassificationandapplicationconditions．Basedonlinearresponsetheories，thethe

6、rmalpropertiesofsolidargonaresimulatedbyequilibriummoleculardynamicsmethod．Itisfoundthatthermalexpansionmayreducethermalconductivityoverthetemperaturerangeof20-80K，whilethevariationaltrendofthermalconductivityrelativetotemperatureisclosetotheexperimentaldata．Aftercomparingwiththethermalconduct

7、ivityundertwodifferentconditions，thethermalconductivitywithvacancyisIowet’thanthatwithKr,whichaccountSforphononscaaeringonimpuritiesduetolaRicestrainisstrongerthanthatduetodifferencesinmassbetweenthedefectandthesurroundingmatrix．Simulta