本文選題：微機電系統(tǒng)　切入點：硅晶體薄膜　出處：《湖南師范大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)與半導體技術的發(fā)展,人們對于其構件熱傳導性質的研究越來越多。硅晶體薄膜是MEMS構件與半導體中應用最為廣泛的一種材料。它的熱傳導性質是一種能決定材料散熱能力的性質,也是保證MEMS器件在一定的溫度下保持正常工作的決定性因素。本文運用晶格動力學以及計算機模擬的方法計算了硅晶體薄膜的熱導率,并分析了其與自身厚度之間的關系。現(xiàn)有的常用方法是分子動力學模擬,該方法從分子與原子層面出發(fā)討論了材料的熱傳導性質。但分子動力學模擬有較大的局限性,因此本文考慮采用晶格動力學。本文首先從大塊晶體出發(fā),運用晶格動力學方法得到其晶格動力學矩陣、三次非和諧勢能,并利用聲子Green函數(shù)得到聲子壽命與聲子譜線寬度的表達式,再推廣到晶體薄膜上,從而得到晶體薄膜的晶格動力學矩陣、三次非和諧勢能以及聲子Green 函數(shù)的表達式,并對硅晶體薄膜的聲子譜,晶格振動波形以及聲子譜線寬度進行了計算機模擬。在前面晶體薄膜的晶格動力學基礎上,利用Hardy能量通量公式以及Green-Kubo公式,得到晶體薄膜的熱傳導系數(shù)公式。該公式表明硅晶體薄膜熱傳導系數(shù)主要與聲子譜線寬度和聲子譜相關,聲子譜線寬度和聲子譜均與晶體薄膜的厚度相關,因此硅晶體薄膜的熱傳導系數(shù)與其厚度有關。硅晶體薄膜的熱傳導計算結果表明,硅晶體薄膜的熱傳導系數(shù)隨著晶體薄膜厚度的減小而減小。這一結果對于人們在對硅晶體薄膜構件的正確設計制造和使用具有很大的指導作用。根據(jù)這個結果,人們應該在設計微電子器件和MEMS時考慮晶體薄膜厚度對熱傳導的影響,防止因晶體薄膜散熱問題而導致器件失效。
[Abstract]:With the development of MEMS and semiconductor technology, More and more researches have been done on the heat conduction properties of its components. Silicon crystal thin film is the most widely used material in MEMS components and semiconductors. Its heat conduction property is a kind of property that can determine the heat dissipation ability of materials. It is also a decisive factor to ensure that MEMS devices work normally at a certain temperature. In this paper, the thermal conductivity of silicon crystal thin films is calculated by lattice dynamics and computer simulation. The existing methods are molecular dynamics simulation, which discusses the heat conduction properties of materials from the molecular and atomic levels. However, molecular dynamics simulation has some limitations. Therefore, the lattice dynamics is considered in this paper. Firstly, the lattice dynamics matrix is obtained by using the method of lattice dynamics from bulk crystals, and the cubic nonharmonious potential energy is obtained. The expressions of phonon lifetime and phonon spectral line width are obtained by using the phonon Green function, and then extended to the crystal thin film. The lattice dynamics matrix, the cubic nonharmonious potential energy and the expression of the phonon Green function of the crystal thin film are obtained. The phonon spectrum, lattice vibration waveform and the width of phonon spectrum of silicon crystal thin film are simulated by computer. On the basis of lattice dynamics of the previous crystal thin film, the formula of Hardy energy flux and Green-Kubo formula are used. The formula shows that the thermal conductivity of silicon crystal film is mainly related to the width of phonon line and phonon spectrum, and the width of phonon line and phonon spectrum are related to the thickness of crystal film. Therefore, the heat conduction coefficient of silicon crystal film is related to its thickness. The heat conduction coefficient of silicon crystal thin film decreases with the decrease of the thickness of crystal film. This result has a great instructive effect on the correct design, manufacture and use of silicon crystal thin film components. In the design of microelectronic devices and MEMS, the effect of thickness of crystal film on heat conduction should be taken into account to prevent the device from failure due to the heat dissipation of crystal films.
【學位授予單位】：湖南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.12

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本文編號：1579001