受限硅納米線熱導率的分子動力學研究.pdf

1、硅是一種常見的半導體工業(yè)材料,它是現(xiàn)代電子、計算機工業(yè)的基石,也是微機電系統(tǒng)器件的主要原材料。然而,體態(tài)硅的導熱系數(shù)較大,而導電系數(shù)又比較小,因此其熱電材料的品質(zhì)因數(shù)(ZT)也比較小,低維效應可以有效降低材料的熱導率,從而提高ZT值。一維硅納米線相對于體態(tài)硅具有較小的熱導率,因此研究硅納米線的熱導率對于提高ZT值具有重要的意義。本文采用分子動力學模擬的方法對硅納米線熱傳導進行了探討。
　　 采用非平衡態(tài)分子動力學方法研究了硅納米

2、線平放在基底上的軸向熱導率,結果表明,基底的存在降低了硅納米線的熱導率,且隨著溫度升高,硅納米線的熱導率逐漸降低。通過改變硅納米線與基底之間的范德華作用力強度,研究了基底約束對硅納米線熱導率的影響,在模擬尺寸范圍內(nèi),結果表明,隨著作用力強度的增加,納米線熱導率逐漸減?。换拙S數(shù)的降低能進一步減小硅納米線的熱導率。
　　 采用非平衡態(tài)分子動力學方法模擬了兩根硅納米線之間的接觸熱阻隨溫度、接觸長度、接觸強度、接觸間隙及施加外力的變化

3、關系。結果表明,單位面積的接觸熱阻在常溫下約為10－9m2K／W。界面處的接觸熱阻隨溫度的升高和接觸長度的增大而減小。界面處接觸強度增大,接觸熱阻減小。通過改變納米線之間的接觸間隙可以驗證接觸熱阻隨接觸強度變化關系,距離越大,接觸強度越小,因此接觸熱阻也越大。在非對稱外力作用下,接觸熱阻隨外力的增大而增大,而在對稱外力作用下,接觸熱阻隨拉力的增大而增大,隨壓力的增大而減小。
　　 以Si和Ge為例,研究了徑向異質(zhì)結構的Core／

4、Shell納米線。結果表明,無論Core與Shell采用Stillinger-Weber勢還是Lennard-Jones勢作用,Core／Shell異質(zhì)結構納米線的熱導率均小于純Si和純Ge納米線的熱導率。Core／Shell異質(zhì)結構納米線的構造結構對熱導率的影響較大,異質(zhì)結構納米線的熱導率隨著Core所占比例的減小而減小。
　　 研究了表面粗糙度對硅納米線熱導率的影響,結果證明了通過提高硅納米線的表面粗糙度來降低硅納米線熱導率