發(fā)布時間：2020-06-21 00:40

【摘要】：作為第一代半導(dǎo)體,硅和鍺半導(dǎo)體的研究和應(yīng)用一直備受關(guān)注。除了在以微電子為主的半導(dǎo)體行業(yè)的廣泛應(yīng)用外,硅鍺合金材料還在熱電轉(zhuǎn)換、光電探測、高速邏輯器件等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。值得一提的是在熱電應(yīng)用方面,硅鍺材料由于優(yōu)異的綜合性能被運(yùn)用到最前沿的太空探測器的能源轉(zhuǎn)換器件上。其中備受關(guān)注的熱傳導(dǎo)性質(zhì)尤其是微納尺度上的傳熱機(jī)理一直是研究的熱點(diǎn)。但是對于硅鍺合金薄膜的研究卻一直局限于低鍺含量即鍺組分低于50%,主要原因是合金薄膜與襯底(通常為硅)的晶格失配隨著鍺組分的增加而變大,致使材料的晶體質(zhì)量下降,影響表征和機(jī)理分析。本論文針對SiGe合金薄膜中的聲子輸運(yùn)及調(diào)控,以Si(100)襯底上外延的一系列高質(zhì)量的Si1-xGex(0x≤1)外延薄膜為研究對象,運(yùn)用時域熱反射法測量并獲得薄膜垂直方向的熱導(dǎo)率,分析了組分、厚度、溫度等因素對熱導(dǎo)率的影響。運(yùn)用玻爾茲曼傳熱方程和Callaway模型,對Si1-xGex(0x≤1)薄膜中的熱輸運(yùn)進(jìn)行了理論分析,研究了多種散射機(jī)制對于薄膜傳熱的影響。主要研究成果包括:1.研究了組分對合金薄膜熱導(dǎo)率的影響,其中薄膜熱導(dǎo)率與組分的關(guān)系呈現(xiàn)U型曲線,在x=0.18-0.77區(qū)間熱導(dǎo)率變化很小,當(dāng)x=0.32時,薄膜熱導(dǎo)率最低(2.05W/mK),驗(yàn)證了聲子的合金散射;2.獲得了厚度對于Sii-xGe(0x≤1)薄膜的作用,觀測到明顯的彈道輸運(yùn)現(xiàn)象,并且隨著厚度的增加,聲子傳熱模型由彈道輸運(yùn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散輸運(yùn),發(fā)現(xiàn)Si1-xGex中聲子平均自由程要大于1 μm;3.在50-300K的變溫?zé)釋?dǎo)率測量中,我們進(jìn)一步的驗(yàn)證了Si1-xGex(0x≤1)薄膜的合金特性,通過聲子弛豫時間的計(jì)算分析了聲子的主要散射機(jī)制,并通過聲子譜的計(jì)算解釋了整個溫區(qū)的熱導(dǎo)率變化規(guī)律;4.此外,我們還測量了Al/Si、Al/Ge金屬/半導(dǎo)體界面的熱導(dǎo),通過界面處理有效的提高了界面熱導(dǎo),提出了改善界面散熱的方法。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

第一章緒論逡逑材料熱導(dǎo)率，在諸如：Ｂｉ２Ｔｅ３／Ｓｂ２Ｔｅ３超晶格薄膜［１８，１９］、ＰｂＳｅａ９８Ｔｅａ0２／Ｐｂ點(diǎn)超晶格［２0．２１］以及ＳｉＧｅ／Ｓｉ超晶格薄膜甚至Ｓｉ納米線等結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)值，現(xiàn)階段科研工作者對熱電材料實(shí)驗(yàn)研究匯總?cè)缦聢D１．２．１邋（ｃ）所示；［２４］低材料維度之外，人們還通過提高材料表面粗糙度等表面工程、核殼通道ｃｏｒｅ－ｓｈｅｌｌ邋ｃｈａｎｎｅｌ）、納米孔狀材料（ｎａｎｏｍｅｓｈｅｓ）等方式提高熱電轉(zhuǎn)換效率。逡逑

圖１．２．２文獻(xiàn)報(bào)道的ＳｉＧｅ合金熱導(dǎo)率匯總Ｉ３６］逡逑工作者對硅鍺材料熱輸運(yùn)的研究由來已久，［￥３0］見圖１．２．２．我們于三維材料或者一維材料，人們已經(jīng)獲得了全組分測量結(jié)果，而對料的熱導(dǎo)率研究則更多的局限于低鍺組分，即鍺的含量小于０．５，究人們很難得到高質(zhì)量的高鍺組分ＳｉＧｅ薄膜材料。然而正如我們在上

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本文編號：2723215