硅晶体热传导性质的晶格动力学模拟

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1、＿＿撕耗讀硕士学位论文硅晶体热传导性质的晶格动力学模拟学科专业物理电子学学位类型工学硕士学位研究生姓名唐婧导师姓名、职称黄建平教授论文编号Ｓ１８０３０１０湖南师范大学学位评定委员会办公室二〇一八年六月分类号密级学校代码１０５４２学号２０１５２０１１０９４７硅晶体热传导性质的晶格动力学模拟Ｌａｔｔｉｃｅｄｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｙｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｉｌｉｃｏｎｃｒｓｔａ

2、ｌｓｙ研究生姓名唐婧指导教师姓名、职称黄建平教授学科专业物理电子学研究方向微纳电子学湖南师范大学学位评定委员会办公室二〇—八年六月桂晶体热传导性质的晶格动力学模拟摘要、。硅晶体具有化学性质稳定、熔点高质量轻等优点，是很好的半导体材料随着半导体器件制造技术的不断进步，半导体器件的集成度越来越高，其热效应也越加严重。硅晶体的热传导性，因此提高半导体器件设计的水平是十分必要的质决定着器件的散热能力，因此它与半导体器件的可靠性和热稳定性有着密切联系

3、。可见，硅晶体热传导性质的研宄对于半导体器件的设计和使用具有很重要的意义。—一直以来，人们常用基于牛顿经典力学方法玻尔兹曼传输方程法和经典分子动力学模拟，来研究材料的热传导性质。但由于半导体器件向纳米尺度发展，使得量子效应对器件性能的影响越来越明显，前述的经典方法忽略了量子效应，一定误差在较低温度等需要考虑量子效应的地方会带来。因此本文采用以量子力学理论为基础的晶格动力学模拟方法，来研宄硅晶体的热传导性质。本文在晶格动力学理论的框架下，通过求，推导了硅晶体的晶格动力学矩阵．解

4、晶格动力学方程，得到硅晶体晶格振动的本征频率和本征矢量，并在此基础上计算了硅晶体的三阶非和谐势能。Ｇｒｅｅｎ函本文将三阶非和谐势能看作是微扰，，推导了硅晶体的声子数并由Ｇｒｅｅｎ函数极点的虚数部分得到声子谱线宽度的迭代公式。利用该谱线宽度的迭代公式。，只需十数次左右的迭代计算，即可得到所有声子谱线宽度数值Ｈａｒｄ本文通过ｙ能量通量公式推导了硅晶体晶格振动的能量通量计算公式，ｅｅｎ－Ｋｕｂｏ公式和晶格动力学理论推导得到硅晶体的热传导系数公式再运用Ｇｒ。本文最后分别运用Ｓ－Ｗ原始模型

5、和修正力常数模型对热传导系数进行数值计算，得到硅晶体热传导系数和温度的函数图像，并将该函数图像与前人通过实－，ＳＷ原始验绘制的图像进行比较，结果表明基于修正力常数模型的函数图像比－Ｗ模型的函数图像更加接近实验数据描绘的曲线。因此，比较Ｓ原始模型和修正力常数模型。，后者更能准确描述原子间相互作用情况关键词：ｅｅｎ函数，硅晶体，Ｇｒ，声子谱线宽度热传导系数Ｉ鞋晶体热传导性质的晶格动力学模拟ＡＢＳＴＲＡＣＴＳｉｌｉｃｏｎｃｒｙｓｔａｌｉｓａｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ

6、ｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｇｏｏｄｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｃｅｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｓｉｓｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒ，’ｉｔｓｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓ，ｉｔｓｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆ

7、ｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｉｌｉｃｏｎｃｒｙｓｔａｌｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ，ｓｏｉｔｉｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｔ

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