陈 慧 魏志勇 陈伟宇 刘晨晗 毕可东 陈云飞

(1东南大学机械工程学院, 南京 211189)(2江苏海事职业技术学院船舶与海洋工程学院, 南京 211170)

掺杂硅纳米薄膜法向热导率的分子动力学模拟

陈 慧1,2魏志勇1陈伟宇1刘晨晗1毕可东1陈云飞1

(1东南大学机械工程学院, 南京 211189)(2江苏海事职业技术学院船舶与海洋工程学院, 南京 211170)

采用非平衡态分子动力学方法计算了平均温度为300 K时膜厚2.2～104.4 nm的硅纳米薄膜以及掺锗的硅纳米薄膜的法向热导率.采用随机掺杂方式在硅纳米薄膜中掺入锗原子,掺杂浓度分别为5%和50%.模拟结果表明,相同膜厚的掺锗硅薄膜的法向热导率比纯硅薄膜的法向热导率小很多,掺杂前后的硅薄膜法向热导率均随着膜厚的增大而增大.通过计算体态硅热导率关于声子平均自由程的累积函数,发现对体态硅热导率主要贡献是声子平均自由程为2～2 000 nm的声子,而掺锗的体态硅中对热导率贡献约占80%的声子平均自由程为0.1～30 nm,远小于纯硅中对热导率主要贡献的声子平均自由程.

硅纳米薄膜;热导率;掺杂;分子动力学;声子平均自由程;热导率累积函数

微电子器件的日益小型化使得其特征尺寸已缩小至纳米量级.一方面,对高密度热量的有效转移已成为影响微电子器件工作性能和可靠性的关键因素,因而期望构成微电子器件的纳米材料具有较高的热导率;另一方面,提升热电器件制冷效率的一个重要途径是在不影响热电材料电导率和……