【摘要】：硅晶體具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn),是很好的半導(dǎo)體材料。隨著半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的不斷進(jìn)步,半導(dǎo)體器件的集成度越來越高,其熱效應(yīng)也越加嚴(yán)重,因此提高半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的水平是十分必要的。硅晶體的熱傳導(dǎo)性質(zhì)決定著器件的散熱能力,因此它與半導(dǎo)體器件的可靠性和熱穩(wěn)定性有著密切聯(lián)系�？梢�,硅晶體熱傳導(dǎo)性質(zhì)的研究對于半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和使用具有很重要的意義。一直以來,人們常用基于牛頓經(jīng)典力學(xué)方法——玻爾茲曼傳輸方程法和經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬,來研究材料的熱傳導(dǎo)性質(zhì)。但由于半導(dǎo)體器件向納米尺度發(fā)展,使得量子效應(yīng)對器件性能的影響越來越明顯,前述的經(jīng)典方法忽略了量子效應(yīng),在較低溫度等需要考慮量子效應(yīng)的地方會(huì)帶來一定誤差。因此本文采用以量子力學(xué)理論為基礎(chǔ)的晶格動(dòng)力學(xué)模擬方法,來研究硅晶體的熱傳導(dǎo)性質(zhì)。本文在晶格動(dòng)力學(xué)理論的框架下,推導(dǎo)了硅晶體的晶格動(dòng)力學(xué)矩陣,通過求解晶格動(dòng)力學(xué)方程,得到硅晶體晶格振動(dòng)的本征頻率和本征矢量,.并在此基礎(chǔ)上計(jì)算了硅晶體的三階非和諧勢能。本文將三階非和諧勢能看作是微擾,推導(dǎo)了硅晶體的聲子Green函數(shù),并由Green函數(shù)極點(diǎn)的虛數(shù)部分得到聲子譜線寬度的迭代公式。利用該譜線寬度的迭代公式,只需十?dāng)?shù)次左右的迭代計(jì)算,即可得到所有聲子譜線寬度數(shù)值。本文通過Hardy能量通量公式推導(dǎo)了硅晶體晶格振動(dòng)的能量通量計(jì)算公式,再運(yùn)用Green-Kubo公式和晶格動(dòng)力學(xué)理論推導(dǎo)得到硅晶體的熱傳導(dǎo)系數(shù)公式。本文最后分別運(yùn)用S-W原始模型和修正力常數(shù)模型對熱傳導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到硅晶體熱傳導(dǎo)系數(shù)和溫度的函數(shù)圖像,并將該函數(shù)圖像與前人通過實(shí)驗(yàn)繪制的圖像進(jìn)行比較,結(jié)果表明,基于修正力常數(shù)模型的函數(shù)圖像比S-W原始模型的函數(shù)圖像更加接近實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的曲線。因此,比較S-W原始模型和修正力常數(shù)模型,后者更能準(zhǔn)確描述原子間相互作用情況。
【圖文】：

Ｓｔｉｌｌｉｎｇｅｒ和Ｗｅｂｅｒ提出硅晶體原子之間的相互作用勢等于潛體作用勢和三體作用勢之和，即稱為Ｓｔｉｌｌｉｎｇｅｒ－Ｗｅｂｅｒ邋（Ｓ－Ｗ）模型ｍ勢和三體勢分別為逡逑（２．１２＂３（ｒ，－ｒ，，ｒＪ＝劣（ｒ＇Ａ７，１；，．邋Ａ７－１＇＊／。）邐（２－１２中使用的還原對電位選自以下五個(gè)參數(shù)族逡逑你；）邋＝邐Ｗ［（ｎ。廣邋ｌ邐ｒ＜ｆｌ0邐（２．１２［0邐ｒ＞ａ０逡逑通用形式在＾“時(shí)自動(dòng)中斷，在任何Ｒ導(dǎo)數(shù)中不間斷，從而形成Ｊ截逡逑勢。同樣的截止優(yōu)勢可以擴(kuò)展到三體相互作用勢／３逡逑／３邋（ｒｙ邋／ｃｒ，邋ｒ７邋／0■，邋ｒＡ．邋／邋ｃｒ）邋＝邋％，邋ｒｉｋ，邋ｄｊｉｔ）邋＋邐，邋ｒｊｋ邋，６ｉｊｋ）＋邋／？（ｒｆｃ，邋ｒｋｊ，邋９ｉｋｊ）邐（２．１２，ｒｉｋ，０Ｊｌｋ）邋＝邋Ａｅｘｐ［ｒ（／ｖ邋－？0）＂＇邋＋邋ｙ｛ｒｉｋ邋－ａ0Ｙ｜ｃｏｓ６ｐｋ邋＋＼／３ｆ邐（２．１２

邐邐逡逑第四章硅晶體的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與討論逡逑分子動(dòng)力學(xué)模擬方法雖然應(yīng)用廣泛，但是未考慮量子效應(yīng)，并對數(shù)值計(jì)算的逡逑要求較高，計(jì)算中存在局限性。而晶格動(dòng)力學(xué)方法則克服了分子動(dòng)力學(xué)模擬方法逡逑的這些缺點(diǎn)，在計(jì)算中更為方便。在本章中，根據(jù)前面推導(dǎo)的公式，運(yùn)用晶格動(dòng)逡逑力學(xué)模擬方法對硅晶體熱傳導(dǎo)系數(shù)隨溫度變化關(guān)系進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)逡逑驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。逡逑４＿邋１基于Ｓ－Ｗ原始模型的硅晶體熱傳導(dǎo)性質(zhì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果逡逑為簡單起見，在以下過程�。撸�，，ｚ方向上元胞數(shù)相同，分別取值為４，逡逑８，１２，１６。根據(jù)Ｓｔｉｌｌｉｎｇｅｒ－Ｗｅｂｅｒ邋（Ｓ－Ｗ）原始模型［４５］進(jìn)行計(jì)算得到娃晶體的熱逡逑傳導(dǎo)系數(shù)與溫度之間的關(guān)系，如圖（４－１）至（４－５）所示。逡逑１0１５邐邐邐邐邋１0５邐邐邐邐邐；逡逑
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN304.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2700658