發(fā)布時間：2021-07-07 06:10

　　隨著集成電路三極管密度的不斷提升和微機電系統(tǒng)尺寸的不斷減小,熱耗散問題變得越來越突出。尤其是當(dāng)目前芯片的三極管尺寸降低到7納米時,熱耗散能力成為限制芯片性能最重要的因素,因為此時芯片產(chǎn)生的功率密度在100 W/cm²以上,若不能及時傳遞出來溫度會很高從而影響其壽命和穩(wěn)定性。現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)是基于硅材料,室溫下體態(tài)晶體硅的熱導(dǎo)率能達到150 W/m-K,其中有70%多的貢獻來自于平均自由程超過100納米的聲子。然而芯片中三極管的尺寸普遍小于100納米,因為材料的熱輸運屬性在體態(tài)和在納米尺寸時存在很大差異,故而研究納尺度材料中的熱輸運屬性變得很有意義。材料尺寸的降低除了改變材料內(nèi)部的熱輸運屬性外,也使得界面處的熱輸運屬性變得尤為重要,這是因為尺寸的減小會導(dǎo)致面體積比的增大。本文通過格林函數(shù)方法研究了熱載流子聲子在界面處的輸運屬性;利用分子動力學(xué)模擬和第一性原理計算等方法研究了能量在各向異性低維材料中的輸運屬性。研究能量輸運屬性的目的是為了控制能量的輸運,本文利用第一性原理方法研究了基于鐵電材料固固相變的熱開關(guān),開關(guān)的通和閉通過電場引起的結(jié)構(gòu)相變控制。對于能量的應(yīng)用除了調(diào)... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

一些材料室溫下的熱導(dǎo)率

東南大學(xué)博士畢業(yè)論文2事物的發(fā)展總是螺旋式前進的，在美國理論物理學(xué)家RichardFeynman1959年發(fā)表了著名文章“There"sPlentyofRoomattheBottom:AnInvitationtoEnteraNewFieldofPhysics”[3]之后，科學(xué)家的目光被吸引到微納尺度。尤其是在納米材料制備技術(shù)和測量技術(shù)的不斷改進之后，熱輸運在納米尺度下的研究又重新成為熱點。圖1-2顯示了一些微納尺度的器件。納米尺度下熱輸運（圖1-3）的研究相較于宏觀尺度有很多優(yōu)勢，例如能夠更好地理解熱輸運的機理、幫助解決高密度集成電路的散熱問題以及指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)高熱導(dǎo)率材料和高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料等。由于納米尺度下材料的特征尺寸和聲子的平均自由程相近或者更小，宏觀尺度的熱輸運定律可能存在問題，因此理解建立納米尺度下的熱輸運機制、發(fā)展相關(guān)的理論和模擬計算方法變得十分迫切而且具有重要的實際意義。本文就是研究在納米尺度下能量輸運及其控制的物理機制。圖1-2一些微納元器件。（a）聲子熱漏斗；（b）負折射率超晶格結(jié)構(gòu)；（c）納米機器人；（d）微齒輪。圖1-3納尺度熱輸運過程。（a）熱擴散；（b）準彈道；（c）元擴散（c）（d）（a）（b）（a）（b）（c）

東南大學(xué)博士畢業(yè)論文2事物的發(fā)展總是螺旋式前進的，在美國理論物理學(xué)家RichardFeynman1959年發(fā)表了著名文章“There"sPlentyofRoomattheBottom:AnInvitationtoEnteraNewFieldofPhysics”[3]之后，科學(xué)家的目光被吸引到微納尺度。尤其是在納米材料制備技術(shù)和測量技術(shù)的不斷改進之后，熱輸運在納米尺度下的研究又重新成為熱點。圖1-2顯示了一些微納尺度的器件。納米尺度下熱輸運（圖1-3）的研究相較于宏觀尺度有很多優(yōu)勢，例如能夠更好地理解熱輸運的機理、幫助解決高密度集成電路的散熱問題以及指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)高熱導(dǎo)率材料和高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料等。由于納米尺度下材料的特征尺寸和聲子的平均自由程相近或者更小，宏觀尺度的熱輸運定律可能存在問題，因此理解建立納米尺度下的熱輸運機制、發(fā)展相關(guān)的理論和模擬計算方法變得十分迫切而且具有重要的實際意義。本文就是研究在納米尺度下能量輸運及其控制的物理機制。圖1-2一些微納元器件。（a）聲子熱漏斗；（b）負折射率超晶格結(jié)構(gòu)；（c）納米機器人；（d）微齒輪。圖1-3納尺度熱輸運過程。（a）熱擴散；（b）準彈道；（c）元擴散（c）（d）（a）（b）（a）（b）（c）


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